現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)，獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型，進(jìn)行有限元計(jì)算，提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及剪力值，對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。整個(gè)過程中，基于有限元理論將三維模型轉(zhuǎn)化為二維模型進(jìn)行處理，并對(duì)二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，獲得提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及剪力值，再對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及工程設(shè)計(jì)
，特別是涉及現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
鋼筋混凝土管溝已廣泛應(yīng)用于各類循環(huán)水、排水以及給水等系統(tǒng)中，給人們生產(chǎn)生活帶來巨大便利。以鋼筋混凝土管溝應(yīng)用于核電站循環(huán)水系統(tǒng)為例，核電廠循環(huán)水系統(tǒng)的鋼筋混凝土箱涵有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1)外部荷載大，埋深十幾米到二十幾米很正常，內(nèi)水壓力最大的已經(jīng)達(dá)到650千帕，尚需考慮機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)排水的溫度驟增；2)流量大，因而導(dǎo)致管溝直徑一般較大，目前，采用的多在3.0m～4.5m之間；3)工程量大，投資高，根據(jù)不同廠區(qū)的布置和取排水需求，管線長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)，從1公里多到幾公里的都有，工程投資一般都在一億上下，甚至幾個(gè)億；4)形式多樣，有內(nèi)圓外方、內(nèi)方外方，多孔并排，多孔重疊等。目前鋼筋混凝土的埋地現(xiàn)澆箱涵的設(shè)計(jì)一般采用簡(jiǎn)化的桿件有限元進(jìn)行設(shè)計(jì)，其桿件的長(zhǎng)度取為側(cè)壁中心線之間的距離，即為凈空尺寸加上兩側(cè)壁厚的一半。對(duì)于壁厚與凈空尺寸比值較大的管溝，由于模型簡(jiǎn)化的問題，設(shè)計(jì)結(jié)果與真實(shí)情況往往偏差較大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于此，有必要針對(duì)一般現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方案中混凝土管溝設(shè)計(jì)結(jié)果與真實(shí)情況偏差較大的問題，提供一種混凝土管溝設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)。一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，包括步驟：獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)；根據(jù)鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型；對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，有限元計(jì)算包括設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分、材料參數(shù)的設(shè)定以及荷載施加與有限元靜力分析；提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力，根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算；對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型中提取的不同截面進(jìn)行配筋計(jì)算，獲得鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果；根據(jù)鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果以及鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：參數(shù)獲取模塊，用于獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)；模型轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型；有限元計(jì)算模塊，用于對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，有限元計(jì)算包括設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分、材料參數(shù)的設(shè)定以及荷載施加與有限元靜力分析；第一計(jì)算模塊，用于提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力，根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值；第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算；迭代模塊，用于控制第一計(jì)算模塊、第二計(jì)算模塊以及第三計(jì)算模塊對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型中提取的不同截面進(jìn)行配筋計(jì)算，獲得鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果；結(jié)果獲取模塊，用于根據(jù)鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果以及鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。本專利技術(shù)現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)，獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型，對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及剪力值，對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。整個(gè)過程中，基于有限元理論將三維模型轉(zhuǎn)化為二維模型進(jìn)行處理，并對(duì)二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，獲得提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及剪力值，再對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法其中一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；圖2為長(zhǎng)直管外形尺寸示意圖；圖3為圖2中長(zhǎng)直管剖面示意圖；圖4為圖2中長(zhǎng)直管二維簡(jiǎn)化模型示意圖；圖5為在鋼筋混凝土管溝二維模型擬提取截面位置示意圖；圖6為提取圖5中1-1截面的示意圖圖7為圖5中1-1截面的詳細(xì)示意圖；圖8為二維坐標(biāo)軸表征節(jié)點(diǎn)應(yīng)力與節(jié)點(diǎn)位置的關(guān)系曲線示意圖；圖9為圖5中1-1截面的配筋詳細(xì)示意圖；圖10為本專利技術(shù)現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)系統(tǒng)其中一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，包括步驟：S100：獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)。鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)是基于當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)景的需求獲取的參數(shù)，一般來說，包括管長(zhǎng)度、管寬度(截面寬度)、管溝高度(截面高度)、管凈空寬、管凈空高以及管壁厚度等，另外針對(duì)鋼筋混凝土管溝中不同管內(nèi)空腔形狀還有一些特殊的尺寸參數(shù)，例如常規(guī)多邊形管內(nèi)空腔還包括腋角寬度等參數(shù)，具體來說，如圖2、圖3所示的長(zhǎng)直管為例，其內(nèi)腔是多邊形，其具體的尺寸參數(shù)包括管溝總長(zhǎng)度L0米，截面總寬度B0(其中凈空寬度B1，壁厚B2)，截面總高度H0(其中凈空高度H1，壁厚H2)，腋角尺寸為寬度By。S200：根據(jù)鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型。根據(jù)有限元理論，管溝長(zhǎng)度方向的尺寸與截面尺寸比值較大時(shí)，其計(jì)算結(jié)果基本是平面應(yīng)變問題，即一般不會(huì)產(chǎn)生沿管溝長(zhǎng)度方向的應(yīng)變。繼續(xù)以長(zhǎng)直管為例，如圖4所示，將長(zhǎng)直管溝的計(jì)算模型簡(jiǎn)化為圖4的二維平面應(yīng)變模型，其中上部鋼筋混凝土管溝，尺寸標(biāo)注如圖2與圖3所示，下部為地基土層，根據(jù)有限元計(jì)算精度的要求，圖中所示的地基寬度一般不小于管溝截面總寬度B0的1.5倍，圖中所示的地基高度一般不小于管溝截面總高度H0的1.5倍。S300：對(duì)鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，有限元計(jì)算包括設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分、材料參數(shù)的設(shè)定以及荷載施加與有限元靜力分析。有限元計(jì)算主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分(一般采用四面體網(wǎng)格)、材料參數(shù)的設(shè)定(包括混凝土、地基的彈性模量和泊松比等)、荷載施加及常規(guī)的有限元靜力分析。S400：提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。如圖5所示，提取鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，具體可以對(duì)某些關(guān)心或者控制截面進(jìn)行結(jié)果的提取，如1-1、2-2，3-3、4-4……，其中1-1截面的具體位置如圖6所示，提取出該截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ。更進(jìn)一步的，可以針對(duì)獲得的提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括步驟：獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)；根據(jù)所述鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將所述鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型；對(duì)所述鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，所述有限元計(jì)算包括設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分、材料參數(shù)的設(shè)定以及荷載施加與有限元靜力分析；提取所述鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力，根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算；對(duì)所述鋼筋混凝土管溝二維模型中提取的不同截面進(jìn)行配筋計(jì)算，獲得所述鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果；根據(jù)所述鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果以及所述鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括步驟：獲取鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)；根據(jù)所述鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，構(gòu)建鋼筋混凝土管溝三維模型，并根據(jù)有限元理論，將所述鋼筋混凝土管溝三維模型轉(zhuǎn)換為鋼筋混凝土管溝二維模型；對(duì)所述鋼筋混凝土管溝二維模型進(jìn)行有限元計(jì)算，所述有限元計(jì)算包括設(shè)計(jì)荷載及荷載工況組合確定、有限元網(wǎng)格的劃分、材料參數(shù)的設(shè)定以及荷載施加與有限元靜力分析；提取所述鋼筋混凝土管溝二維模型中任意截面，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，獲取提取的截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力，根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值；根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算；對(duì)所述鋼筋混凝土管溝二維模型中提取的不同截面進(jìn)行配筋計(jì)算，獲得所述鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果；根據(jù)所述鋼筋混凝土管溝二維模型中不同截面的配筋計(jì)算結(jié)果以及所述鋼筋混凝土管溝尺寸參數(shù)，獲得現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力的步驟包括：剔除所述提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力中提取截面與管壁內(nèi)邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力以及提取截面與管壁外邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力；采用最小二乘法，將剔除后剩余的所述提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力擬合為一條直線；根據(jù)擬合的直線，重新計(jì)算提取截面與管壁內(nèi)邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力以及提取截面與管壁外邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力；根據(jù)重新計(jì)算獲得的提取截面與管壁內(nèi)邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力以及提取截面與管壁外邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的彎矩與軸力。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，提取截面等效柱截面的彎矩與軸力計(jì)算公式分別為：式中，M為提取截面的彎矩，N提取截面的軸力，σ1為重新計(jì)算獲得的提取截面與管壁內(nèi)邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力，σ2為重新計(jì)算獲得的提取截面與管壁外邊緣的交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力，h為管壁厚度，B為提取截面寬度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值的步驟包括：根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的剪應(yīng)力，采用平均剪應(yīng)力法計(jì)算提取截面等效柱截面的剪力值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)澆鋼筋混凝土管溝的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算的步驟包括：根據(jù)提取截面上各節(jié)點(diǎn)的正應(yīng)力、提取截面等效柱截面的彎矩與軸力以及提取截面等效柱截面的剪力值，并基于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范或水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用理正軟件對(duì)提取截面進(jìn)行配筋計(jì)算。6.一種現(xiàn)澆鋼筋混凝...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉東華，王金璽，馬兆榮，彭明祥，何小華，劉晉超，任灝，任宇新，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44