1.一种水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、建立厂房整体三维有限元模型,得到静动组合下结构各点的内力以及应力;S2、选取关键部位和应力大于预设应力阈值的结构各点的截面进行内力提取,内力包括轴力和弯矩;S3、针对排架结构进行配筋设计:考虑排架柱二阶效应对弯矩进行放大,根据轴力和二阶弯矩采用包络图法进行配筋设计,对配筋设计进行双向弯曲校核,根据校核结果对配筋设计进行调整;S4:针对非排架结构进行配筋设计:根据轴力和弯矩采用包络图法对非排架结构进行配筋设计;所述S3包括以下分步骤:S31、判断排架柱的弯矩是否忽略二阶效应,若是,则以提取的弯矩为一阶弯矩,若否,则计算排架柱柱端考虑二阶效应放大后的二阶弯矩;S32、确定排架柱的弯矩沿柱长方向是否需要进一步放大;S33、判断二阶弯矩与一阶弯矩的比值是否小于1.4,若是,则按照二阶弯矩进行配筋设计,进入S34;若否,则重新设计柱子的尺寸,修改柱子长度尺寸和宽度尺寸,返回S31;S34、对当前配筋量进行双向弯曲校核,判断校核结果是否满足双向弯曲要求;若是,则按照当前配筋量进行配筋设计,若否,则增加钢筋用量直至满足双向弯曲要求,按照增加钢筋用量的配筋量进行配筋设计。
2.根据权利要求1所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S1具体为:S11、建立厂房整体三维有限元模型,包括上部排架结构、下部大体积混凝土结构以及地基;S12、根据厂房整体三维有限元模型,采用有限元法进行地震工况下振型分解反应谱法计算;S13、采用CQC或SRSS法对不同振型得到的结构各点的内力以及应力进行组合,采用SRSS法对不同方向地震得到的结构各点的内力以及应力进行组合,得到地震工况下结构各点的内力以及应力;S14、根据最不利原则对地震工况下结构各点的内力以及应力进行静动组合,得到静动组合下结构各点的内力以及应力。
3.根据权利要求1所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S2中,提取任一截面的轴力和弯矩的方法包括节点力法和路径积分法。
4.根据权利要求1所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S31中,判断排架柱的弯矩是否忽略二阶效应的方法具体为:对于有侧移框架结构的排架柱,若满足下式则忽略二阶效应;式中,k为有效长度系数,l u 为无支撑长度,r为回转半径;对于无侧移框架结构的排架柱,若满足下式则忽略二阶效应;式中,M 1 /M 2 为较小端弯矩与较大端弯矩之比。
5.根据权利要求4所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S31中,计算排架柱柱端考虑二阶效应放大后的二阶弯矩的方法具体为:对于有侧移框架结构的排架柱,计算排架柱柱端考虑二阶效应放大后的二阶弯矩的表达式具体为下式:式中,M′ 1 为有侧移框架结构柱端的一端对应的二阶弯矩,M' 2 为有侧移框架结构柱端的另一端对应的二阶弯矩,M 1ns 为重力荷载引起的第一柱端弯矩,M 2ns 为重力荷载引起的第二柱端弯矩,δ s 为第一弯矩放大系数,其表达式具体为:式中,ΣP u 为同一层中所有竖向荷载的总和,ΣP c 为同一层中所有临界荷载之和,其表达式具体为:式中,E c 为混凝土的弹性模量,I g 为截面惯性矩;对于无侧移框架结构的排架柱,计算排架柱柱端考虑二阶效应放大后的二阶弯矩的表达式具体为下式:M c =δ ns M 2式中,M c 为无侧移框架结构柱端对应的二阶弯矩,δ ns 为第二弯矩放大系数,其表达式具体为:
6.根据权利要求5所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S32具体为:判断是否满足无支撑长度与回转半径的关系式,所述无支撑长度与回转半径的关系式具体为:若是,则弯矩沿柱长方向不需要进一步放大,若否,则弯矩沿柱长方向需要进一步放大,放大后的弯矩M 4 的表达式具体为:M 4 =δ ns M 3式中,M 3 为沿着柱身方向的一阶弯矩。
7.根据权利要求6所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S34中,进行双向弯曲校核的方法具体为:判断当前配筋量的包络图上的弯矩是否满足双向弯曲公式,若是,则校核结果满足双向弯曲要求,若否,则校核结果不满足双向弯曲要求;其中,双向弯曲公式具体为下式:式中,M ux ,、M uy 为截面的弯矩, 为当M uy 为0时,截面的轴力P u 对应位置包络图上的弯矩, 为当M ux 为0时,截面的轴力P u 对应位置包络图上的弯矩,K为校验系数,当截面为矩形截面时取1.5,当截面为圆形或方形时取1.75。
8.根据权利要求7所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S4包括以下分步骤:S41、预先设置配筋数量;S42、基于设置的配筋数量,根据非排架结构的截面混凝土和配筋数量计算截面所能提供的临界承载能力,确定包络图的边界;S43、判断轴力和弯矩是否落入包络图内,若是,则当前的配筋数量满足要求,完成配筋设计,若否,则增加当前的配筋数量,返回S42。
9.根据权利要求8所述的水电站厂房三维有限元静动力分析配筋计算方法,其特征在于,所述S42中,包络图的边界包括第一~第五边界点;其中,第一边界点的坐标为(0,P uc ),第一坐标值P uc 的表达式具体为:P uc =0.8*P 0P 0 =φ uc *[0.85*f c ′*(A g -A s -A s ′)+f y *(A s +A s ′)]式中,P 0 为中间坐标值,f c ′为混凝土的特定抗压强度,A g 为混凝土截面总面积,A s 为受拉配筋面积,A s ′为纵向非预应力受压配筋面积,f y 为混凝土屈服强度,φ uc 为第一强度折减系数;第二边界点的坐标为(0,P ut ),第二坐标值P ut 的表达式具体为:P ut =0.8*φ ut *f y *(A s +A s ′)第三边界点的坐标为(M ub ,0),第三坐标值P ut 的表达式具体为:式中,E s 为钢筋弹性模量,b为长度尺寸,h为宽度尺寸,c为最大应变纤维到中性轴的距离,β 1 为当量矩形压应力图块高度与从截面受压边到中性轴高度比例的系数,ε c 为混凝土最外边缘处受压纤维的最大应变,φ ub 为第二强度折减系数,d′受压区钢筋的保护层厚度,d″为受拉区钢筋的保护层厚度;第四边界点的坐标为(M u ,P u ),第四坐标值P u 的表达式具体为:式中,φ ua 为第三强度折减系数,c t 为最大应变纤维到中性轴的距离,其表达式具体为:第五坐标值M u 的表达式具体为:第五边界点的坐标为(M 5 ,P uc ),第六坐标值M 5 的表达式具体为: