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地下洞室非桿件結(jié)構(gòu)的配筋是水電工程地下廠房設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵的一步，目前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋的方法一般有通過結(jié)構(gòu)力學(xué)方法或試驗(yàn)給出的結(jié)構(gòu)的極限承載力配計(jì)算公式計(jì)算，按應(yīng)力=圖形面積計(jì)算鋼筋用量，按鋼筋混凝土非線性有限元分析配筋結(jié)構(gòu)的極限承載力配筋計(jì)算公式僅對(duì)某些簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、構(gòu)件有效。但地下洞室中的許多結(jié)構(gòu)，形體十分復(fù)雜，難以依公式求解，鋼筋混凝土有限單元法綜合考慮了鋼筋和混凝土的非線性特性、鋼筋與混凝土間的粘結(jié)和滑移、混凝土的開裂與裂縫的發(fā)展，可以詳細(xì)模擬結(jié)構(gòu)各階段工作狀態(tài)。但其工作量較大，且有時(shí)這并非必要的，基于有限元分析的結(jié)構(gòu)配筋，應(yīng)力計(jì)算和配筋過程相對(duì)獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)快速高效的復(fù)雜結(jié)構(gòu)配筋。
對(duì)地下洞室混凝土結(jié)構(gòu)及圍巖進(jìn)行聯(lián)合受力分析考慮到圍巖損傷對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)圍巖引入彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系混凝土單元采用彈性本構(gòu)，并在混凝土和圍巖間設(shè)薄層接觸單元對(duì)混凝土及圍巖，整體按增量變塑性剛度法進(jìn)行計(jì)算問題域內(nèi)一插值點(diǎn)，應(yīng)力可由結(jié)點(diǎn)應(yīng)力插值計(jì)算獲得，即這里形函數(shù)是局部坐標(biāo)的函數(shù)，在彈塑性損傷有限元迭代計(jì)算的每個(gè)荷載的增量步中，由位移增量通過應(yīng)力修勻可計(jì)算結(jié)點(diǎn)應(yīng)力增量。
對(duì)模型進(jìn)行消隱，建立表面單元線表這里定義表面單元面僅有一相關(guān)單元或相關(guān)單元中僅有一襯砌單元，表面單元線包含在表面單元面中，以一平面截取表面單元線，生成內(nèi)外輪廓交點(diǎn)，依序連接交點(diǎn)，即形成內(nèi)外輪廓線定義兩交點(diǎn)相鄰，如果它們處在同一表面單元面內(nèi)，則可對(duì)所有交點(diǎn)進(jìn)行排序和分組，即對(duì)應(yīng)內(nèi)外兩組交點(diǎn)，對(duì)內(nèi)輪廓線中每一線段，作中垂線向外延伸與外輪廓相交，即獲得配筋截面有時(shí)所有交點(diǎn)僅構(gòu)成一組輪廓，如圖可定義內(nèi)輪廓由所有凹點(diǎn)構(gòu)成，交點(diǎn)凹凸性可按參文獻(xiàn)算法得到。
本研究基于有限元分析，實(shí)現(xiàn)了地下洞室非桿件結(jié)構(gòu)的配筋，基于有限元分析的應(yīng)力圖形法配筋，適應(yīng)多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)力分析與配筋過程相獨(dú)立，具有較高的效率對(duì)圓筒結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算表明，該方法具有較高的精度。本研究采用應(yīng)力修勻計(jì)算結(jié)點(diǎn)應(yīng)力，再計(jì)算插值點(diǎn)應(yīng)力特別地，該方法對(duì)于網(wǎng)格稀疏的情況。本研究所提出并實(shí)現(xiàn)的配筋截面自動(dòng)生成算法，對(duì)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)都具有較好的適應(yīng)性，基于能夠?qū)崿F(xiàn)配筋計(jì)算和圖形繪制批量處理，極大地加快了結(jié)構(gòu)配筋的速度，縮短了結(jié)構(gòu)配筋的周期。
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