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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)計中十分關(guān)鍵的一步，目前對結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋的方法一般有通過結(jié)構(gòu)力學(xué)方法或試驗給出的結(jié)構(gòu)的極限承載力配計算公式計算，按應(yīng)力=圖形面積計算鋼筋用量，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算公式僅對某些簡單結(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，且有時這并非必要的，基于有限元分析的結(jié)構(gòu)配筋，應(yīng)力計算和配筋過程相對獨立，可以實現(xiàn)快速高效的復(fù)雜結(jié)構(gòu)配筋。
對地下洞室混凝土結(jié)構(gòu)及圍巖進(jìn)行聯(lián)合受力分析考慮到圍巖損傷對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，對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)薄層接觸單元對混凝土及圍巖，整體按增量變塑性剛度法進(jìn)行計算問題域內(nèi)一插值點，應(yīng)力可由結(jié)點應(yīng)力插值計算獲得，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算的每個荷載的增量步中，由位移增量通過應(yīng)力修勻可計算結(jié)點應(yīng)力增量。
對模型進(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，依序連接交點，即形成內(nèi)外輪廓線定義兩交點相鄰，如果它們處在同一表面單元面內(nèi)，則可對所有交點進(jìn)行排序和分組，即對應(yīng)內(nèi)外兩組交點，對內(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所有交點僅構(gòu)成一組輪廓，如圖可定義內(nèi)輪廓由所有凹點構(gòu)成，交點凹凸性可按參文獻(xiàn)算法得到。
本研究基于有限元分析，實現(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)，同時應(yīng)力分析與配筋過程相獨立，具有較高的效率對圓筒結(jié)構(gòu)的驗算表明，該方法具有較高的精度。本研究采用應(yīng)力修勻計算結(jié)點應(yīng)力，再計算插值點應(yīng)力特別地，該方法對于網(wǎng)格稀疏的情況。本研究所提出并實現(xiàn)的配筋截面自動生成算法，對各種復(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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