型钢混凝土梁设计软件在铁路站房中的应用研究

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发布时间：2021-09-03

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型钢混凝土梁设计软件在铁路站房中的应用研究
沈摇磊
(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉摇430063)
摘摇要:根据现行《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138—2001)并结合新颁布的相关结构设计规范,利用C#语
言编制了型钢混凝土梁设计软件。相关工程实例应用表明,该软件可以根据通用有限元计算软件Midas Gen 的计
算结果,按照相关规范要求,对型钢混凝土梁构件进行批量设计,其被广泛应用在大跨度铁路站房设计中,提高了
站房工程的设计效率。
关键词:型钢混凝土梁; 大跨度; 铁路站房; 通用有限元; MIDAS Gen; 批量设计
中图分类号:TU248郾1摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10. 13238/ j. issn. 1004-2954. 2016. 05. 026
Research on Application of Steel Reinforced Concrete Beam
Design Software in Railway Station Buildings
SHEN Lei
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. , Ltd. , Wuhan 430063, China)
Abstract: Based on Technical Specification for Steel Reinforced Concrete Composite Structure (JGJ138-
2001) and some new national standards, steel reinforced concrete beam design software is coded in C#
language. The software is used for batch design of steel reinforced concrete beams based on the finite
element modeling (FEM) calculation results from Midas Gen, and extensively and effectively employed
in the design of large span station buildings.
Key words: Steel reinforced concrete beam; Large span; Railway station buildings; FEM; Midas Gen;
Batch design
1摇概述
随着高速铁路迅猛发展,铁路站房结构形式日趋
复杂多变,其中不乏大跨度站房的出现,对结构设计要
求越来越高[1,2] 。型钢混凝土梁是将型钢埋入钢筋混
凝土梁中的一种组合梁,由型钢、主筋、箍筋及混凝土
组合而成。型钢混凝土梁具有承载力高、抗震性能好
等优点,被广泛应用在大跨度结构中[3,4] 。
目前国内传统结构设计软件(如PKPM),对于型
钢混凝土梁设计时,只能处理具有典型层的结构形式。
而其他通用有限元计算软件如Midas Gen 等,虽可以
解决复杂造型结构的计算分析问题,但在构件设计方
面功能不足,不支持型钢混凝土梁的设计。
鉴于目前的国内外研究现状,结合我国现行的钢
骨混凝土设计规范[5,6] ,根据Midas Gen 有限元计算软
件的内力计算结果,编制了型钢混凝土梁设计校核软
件(Src Beam Design Tools)。软件可以对各类工程中
的型钢混凝土梁构件设计校核,具有界面友好、交互输
入、批量读取、批量计算、批量输出、操作简便等功能。
2摇软件编制流程
型钢混凝土梁设计校核软件包括两个模块:Midas
模型及内力读取模块及型钢混凝土梁设计模块。型钢
混凝土梁设计校核软件开发的总流程如图1 所示,具
体解释如下。
(1)调用Midas 模型及内力读取模块,对相关构件
的节点、单元、截面、节点约束、指定构件等信息进行存
储,通过该模块读取相关型钢混凝土梁构件的设计内
力,输出构件设计参数表格,该模块的详细流程如图
2 所示。
图1摇程序总流程
摇
图2摇Midas 模型及内力读取模块
摇(2)通过型钢混凝土梁设计模块,在上一模块输
出的构件设计参数表格中,对相关构件进行批量设计,
并输出计算书,该模块的详细流程如图3 所示。
图3摇型钢混凝土梁设计模块
摇
(3)型钢混凝土梁构件设计完毕,程序结束。
3摇软件编制关键技术
型钢混凝土梁设计校核软件编制过程中, 对
Midas 计算内力调整、型钢混凝土梁构件批量设计是
程序编制的关键及难点。
3郾1摇型钢混凝土梁设计内力调整
在Midas Gen 软件中,大跨度复杂站房结构模型
计算完成后,通过菜单[结果] -[分析表格] -[梁单
元]-[内力]可以提取模型中梁单元在各工况下的内
力计算结果,典型的梁构件内力输出如表1 所示[7] 。
表1摇梁单元部分工况下的内力
单元
号
工况
组合
截面
位置
轴力
Nx / kN
剪力Vy
/ kN
剪力
Vz / kN
弯矩My
/ (kN·m)
弯矩Mz
/ (kN·m)
1 cLCB5 I[1] 0 -453郾66 0 0 -470郾05
1 cLCB5 1/2 0 1郾38 0 0 253郾66
1 cLCB5 J[2] 0 456郾42 0 0 -478郾3
摇摇对于型钢混凝土梁,设计内力采用的目标组合为:
弯矩最大|Mmax |及相应的剪力V、剪力最大|Vmax |及相
应的弯矩M。
由于《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138—
2001)[5] 对应的《建筑抗震设计规范》(GBJ 11—89)与
现行抗震规范要求不对应,按照《建筑抗震设计规范》
(GB50011—2010)[8] 、《高层建筑混凝土结构设计规
范》[9] 要求,对型钢混凝土梁构件的抗震组合内力,进
行考虑抗震要求的内力调整。
程序编制时,对于满足抗震需要的“强剪弱弯冶要
求, 参考现行主流设计软件PKPM[10] 、Midas
Building[11,12] 的处理方法,直接对水平荷载计算得到
的剪力乘以放大系数,再与竖向荷载计算所得的剪力
进行组合。对于不同抗震等级剪力放大系数的确定,
按表2 原则确定。
表2摇钢骨混凝土框架梁剪力调整
构件类型9 度6、7、8 度
特一级一级特一级一级二级三级四级
钢骨混凝土框架梁1郾2C1 C1 1郾2C1 C1 1郾2 1郾1 1郾0
摇摇注:C1 =max(1郾1伊1郾1伊超配系数,1郾3),超配系数是指在设计参数
中输入的实配钢筋超配系数。
3郾2摇公式改进
《型钢混凝土组合结构技术规程》( JGJ138—
2001)[5] 规定,型钢混凝土框架梁应验算裂缝宽度及
挠度,最大裂缝宽度及挠度值应按荷载的短期效应组
合(相当于标准组合)并考虑长期效应组合的影响进
行计算。
本文在程序编制过程中,结合《组合结构设计规
范》(JGJ138—2012)(报批稿)[13] 及《混凝土结构设计
规范》(GB50010—2010)[14] ,在进行混凝土构件裂缝、
挠度计算时,按荷载准永久组合(荷载长期作用)并考
虑长期作用影响计算。
同时,对于裂缝及挠度的计算公式,参照在《组合
结构设计规范》(JGJ138—2012)(报批稿)[13] 及《混凝
土结构设计规范》(GB50010—2010)[14] 按下式进行如
下改进。
(1) 将《型钢混凝土组合结构技术规程》
(JGJ138—2001) 关于受弯构件最大裂缝计算公式
棕max =2郾1渍滓sa
Es (1郾9c+0郾08 deq
籽te ),修改为棕max =1郾9渍滓sa
Es
(1郾9c+0郾08 deq
籽te );
(2) 将《型钢混凝土组合结构技术规程》
(JGJ138—2001)关于受弯构件长期刚度计算