[发明专利]一种任意形状截面钢筋混凝土构件的配筋设计方法

说明书

本发明提供一种任意形状截面钢筋混凝土构件的配筋设计方法，包括如下步骤：步骤一，在通用有限元软件中进行实体建模；步骤二，有限元分析得到应力分布；步骤三，合理选取计算截面，并将其划分为多个区域，通过积分、求和等计算过程得到各区域合力(M，V，N)，所述多个区域为形状相对规则的区域；步骤四，根据各区域几何特征和合力进行配筋设计，所述合力为内力，即根据各区域应力结果求得内力，进行配筋设计。该方法使任意形状截面钢筋混凝土构件在结构中的应用成为可能，提高了结构设计的灵活性，可以增加使用面积，提供更加丰富、个性化的外观；分区域配筋可以使钢筋配置更加合理，节省材料。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是一种任意形状截面钢筋混凝土构件的配筋设计方法。

背景技术

有限单元法是在当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法，其中常用的单元包括杆单元、壳单元和实体单元等。在常规钢筋混凝土结构中，梁、柱、墙等构件截面规则，尺度适中，进行结构设计时，通常在结构设计软件中采用杆单元和壳单元建模，通过有限单元法求得内力，再根据《混凝土结构设计规范》进行配筋设计。在大体积混凝土结构，如水工结构(船闸、电站进水口等)、高层结构厚板转换层和桥墩等，设计时，则会在通用有限元分析软件中用实体单元建模，根据有限单元法求得应力分布，再根据《水工混凝土结构设计规范》按应力图形进行配筋设计。

然而，常用结构设计软件无法对任意形状截面钢筋混凝土构件进行配筋设计，并且《水工混凝土结构设计规范》中按应力图形进行配筋设计的方法不适用于一个方向尺度明显大于其它两个方向尺度的构件，如梁、柱等。

因此，需要新的设计方法，以消除现有技术中存在的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种任意形状截面钢筋混凝土构件的配筋设计方法，包括如下步骤：

步骤一，在通用有限元软件中进行实体建模；

步骤二，有限元分析得到应力分布；

步骤三，合理选取截面，并将其划分为多个区域，通过积分、求和等计算过程得到各区域合力；

步骤四，根据合力进行各区域配筋设计。

优选的，所述步骤二的所述应力分布为各正应力、剪应力分布。

优选的，所述步骤三的所述计算截面垂直于塔柱曲线，所述多个区域为形状相对规则的区域。

优选的，所述步骤三还包括合理控制计算截面间距，既保证设计精度，又不过度增加工作量，当截面两个方向尺度相差不大时，计算截面间距不大于截面长边长度。

优选的，所述步骤四包括：对每个区域内实体单元节点力及其对形心力矩求和，便可以得到该区域各合力，所述合力为内力，即根据各区域应力结果求得内力，进行配筋设计。

优选的，所述合力包括：轴力N、剪力QX，QY，以及弯矩MX，MY。

优选的，所述配筋设计包括：当区域的两个方向尺度相差比值小于4的情况下，按照柱的要求进行配筋设计；当区域两个方向尺度相差比值大于4的情况下，按照墙的要求进行配筋设计。

采用上述任意形状截面钢筋混凝土构件的配筋设计方法，其有益效果是：

(1)使任意形状截面钢筋混凝土构件在结构中的应用成为可能，提高了结构设计的灵活性，可以增加使用面积，提供更加丰富、个性化的外观；

(2)分区域配筋可以使钢筋配置更加合理，节省材料。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明