结构加固设计与东大迪普_SEU_DEEP_软件系统的研发

鉴定 加固 改造

结构加固设计与东大迪普(SEU2DEEP)

软件系统的研发

孙宝俊　李秉南

(东南大学土木工程学院　南京　210096)

金晓宏

(东南大学仪器科学与工程系　南京　210096)

摘　要:根据现行加固规范、规程以及其他相关的标准,编制了东大迪普(SEU2DEEP)结构加固设计软件系统,填补了国内关于结构加固设计领域计算机辅助设计的空白。介绍了结构加固设计的特点和东大迪普设计软件的编制思想及其主要功能。

关键词:结构加固　加固设计　计算机辅助设计　东大迪普

STRUCTURALSTRENGTHENINGSEU2DEEPSunLi(CUniversity　Nanjing　210096)

JinXiaohong

Science&Engineering,SoutheastUniversity　Nanjing　210096)

Abstract:tothecurrentcodesandspecificationsofstructuralstrengtheningandotherrelevantcriteria,theauthorsdevelopedthecomputer2aideddesignsoftwareofthestructuralstrengtheningsoftsystemofSoutheastUniversityDeep(SEU2DEEP),whichfilledthegapinthefieldofstructuralstrengtheningdesign.ThispapermainlyintroducesthecharacteristicsofstructuralstrengtheningdesignandtheideaandmainfunctionsofSEU2DEEPsoftware.Keywords:structuralstrengthening　strengtheningdesign　computer2aideddesign　SEU2DEEP

震加固技术规程》《、砌体结构加层技术规范》《、砌体结构加

0　前　言

固技术规范》《、钢结构检测评定及加固技术规程》等30余本国家标准、行业标准、地方标准和协会标准相继发布,极大地推动了工程实践,也为计算机辅助设计软件的编制提供了充足的依据。

东南大学土木工程学院根据现行加固规范、规程及新近颁布的结构设计规范和其他相关的标准,编制了东大迪普

(SEU2DEEP)结构加固设计软件系统,填补了国内关于结构

一般来说,一个国家的基本建设大致可以分为三个阶段:大规模新建、新建与加固改造并重和以加固改造为主。发达国家已普遍进入第三阶段,比如,丹麦用于加固改造与新建工程的投资比例已达6∶1;美国劳工部的调查也显示,加固改造业正在成为该国最受欢迎的九大行业之一。而据保守估计,我国现有的60多亿m2的房屋面积,40%以上需要分期分批地进行鉴定和加固,我国正迈入基本建设的第二阶段[1]。目前,结构加固改造行业在我国方兴未艾,具有广阔的市场前景,而现代工程设计中计算机辅助设计的作用越来越重要,因此,针对结构加固设计的特点,编制一套计算机辅助设计软件显然是非常具有现实意义的。

目前,随着结构理论研究和试验研究的不断完善[2～8],结构加固改造这门新兴学科发展迅速,其标准化工作已经取得了明显的进展,已有《建筑结构加固设计标准》《、混凝土结构加固技术规范》《、碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》、《钢结构加固技术规范》《、地基基础加固技术规范》《、建筑抗

IndustrialConstructionVol133,No110,2003

加固设计领域计算机辅助设计的空白。

1　结构加固设计的特点

结构需要进行加固的原因主要有[1]:1)一大批结构已接近或超过了设计基准期,进入老年;2)设计、施工不当导致结构“先天”不足;3)使用环境的恶劣、意外灾害或使用不当导致结构“后天”损害;4)结构使用功能的改变或扩建加层引起

第一作者:孙宝俊　男　1963年10月出生　博士后(英)　教授　博士生导师

收稿日期:2003-03-20

工业建筑　2003年第33卷第10期　　69

结构形式改变或负荷增大;5)原设计规范可靠度偏低,导致结构安全储备不足等。

从结构状态函数分析来看:

Z=g(S,R)=R-S

含有预应力加固法、粘贴碳纤维片材加固法、粘钢加固法、外包钢加固法、加大截面加固法、撑杆加固法等实用加固技术模块,建立可扩充的普通材料库(如钢筋、混凝土)和修复材料库(如碳纤维片材、预应力筋、型钢等),可进行多种设计方案之间的比选。东大迪普加固设计软件系统的加固设计后台系统构成如图1所示。

式中,Z为功能函数;R为结构抗力;S为结构荷载效应。因此,结构需要加固可以概括为结构状态不能满足Z>0。

根据对状态函数分析,认为有3条途径可以使功能函数

Z>0

[2]

:

1)荷载效应S不变,增大结构抗力R值,称为直接加固

法;

2)抗力R值不变,减小荷载效应S值,称为间接加固

法;

3)如果同时增大R值与减小S值,再兼顾其他措施,则

图1　加固设计系统构成示意

称为综合加固法。

其中,直接加固理论与技术是研究及工程应用的重点。目前通过研究与工程应用,

已成熟的直接加固方法有:粘贴碳纤维片材加固法、预应力加固法、粘钢加固法、外包钢加固法、加大截面加固法,以及撑杆加固法、改变传力途径等[2～8]。

建筑物的加固改造设计包括:对被加固构件进行承载力验算、构件加固计算、然而,采用直接加固法,设计工作相当繁琐,:

1)3)以Windows为开发环境,采用VisualBasic610和VisualFortran610为开发工具,核心结构计算程序用Fortran语言编

制,程序界面、VB实现,在VB与

Fortran[9]

。充

F,ADO(ActiveXDataObjects)技

[10],以Jet作为数据库引擎,开发关系型数据库(Microsoft

Access)。其体系结构如图2所示。

VB程序

过一些专业结构设计软件如A内力。

2),设计方法多样,常令设计者

Jet数据库

管理系统

Access

数据库

无所适从,而且加固后的结构多半属于组合结构或组合截面,新旧两部分共同工作,存在二次受力问题,结构受力分析复杂,计算工作量繁重。

3)加固设计方法多,需要进行方案比选,而且用于加固的

图2　数据库系统示意

5)构建开放强大的设计处理平台。采用可视化技术动态地实现图形模型的显示,简化数据录入和结果处理;采用数据库技术管理数据,数据计算和数据处理模块化,后台采用事件驱动机制驱动截面复核和加固设计;结构分析模块提供各种结构形式的内力计算功能,同时程序可调用其他软件的内力计算结果;后处理模块可实现与通用软件WORD和

AutoCAD等进行接口处理。

6)系统动态集成,将各功能部分组织成菜单形式,通过VB的动态连接工具实现动态集成,形成交互集成的用户界

新材料、新技术不断涌现,新的设计规范、规程亦不断颁布,设计者需不断更新知识,无疑加大了对设计工作者的挑战。

4)在施工图绘制和施工过程的指导方面灵活性较大,经

验性很强,特别是新材料、新工艺缺少标准的工艺做法,因此设计的详细化、规范化难度较大。

5)结构加固改造往往工期短、设计时间紧。总之,结构

加固设计是一项繁琐的工作,迫切需要一套专业的计算机辅助加固设计软件来减轻设计者的强度,提高设计效率。

2　东大迪普(SEU-DEEP)加固设计软件系统的编制思路

面体系,结构清晰,具有“导航”性。提供工程实例样本,使软件更为实用、灵活。

3　东大迪普(SEU2DEEP)加固设计软件系统简介

根据结构加固及其设计的特点,研究开发结构加固设计软件对于加快科学技术向生产力的转化,促进加固行业的发展,规范加固设计市场,减轻设计人员的劳动强度都具有现实意义。而结构加固及其设计的特点,决定了加固设计软件的开发不同于一般的结构设计软件。“东大迪普”开发的主要思路有:

1)软件的开发依据了现行加固规范、规程及其他相关的

东大迪普(SEU2DEEP)结构加固软件系统110版本主界面如图3所示。该版本包括了砖混结构中的钢筋混凝土梁

(简支梁、外伸梁、连续梁),单、双向板,柱;钢筋混凝土井字

梁结构;钢筋混凝土框架结构中的主梁、次梁,单、双向板,柱;工业厂房中的吊车梁、排架柱的加固设计。

“东大迪普”采用对工程进行管理的方式,工程包含多种结构,如“混凝土结构”中包括:简支及连续梁板(LB)、井字梁(JL)、双向板(B)、框架(KJ)、排架(PJ)等;结构又包含多个构件(梁、板、柱),由构件组装成结构。结构线条简单、层次清晰,便于用户进行工程设计。

工业建筑　2003年第33卷第10期

标准和新近颁布的设计规范,同时融入了大量工程实践经验。

2)软件的开发立足于成熟的直接加固方法。设计软件

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图3　东大迪普(SEU2DEEP)结构加固软件系统的

110版本主界面

图5　“东大迪普”的基本参数模块界面

除了进行加固前梁、板的正截面承载力、梁的斜截面承载力、柱的正截面和斜截面承载力验算以及构件的裂缝和变形验算以外,还可以进行钢筋混凝土框架结构的抗震复核。该模块了解其相应的缺陷,,3“东大迪普”包括基本参数、内力计算、截面复核、加固方法和后处理五大模块,其总体结构流程如图4所示。

用户界面

基本参数

输入内力

内力计算

,、预应力加固法、粘钢加固、撑杆加固法和加大截面加固法等实用加固技术模块。在这一部分,

软件通过这些实用加固技术与建立的可扩充加固修复材料库构建了强大的加固设计后台系统;并成功地解决了加固时考虑二次受力、组合截面受力分析以及抗震复核与加固设计等复杂问题。

粘贴碳纤维片材加固法可进行梁、板的受弯加固,梁、柱的受剪加固和柱的抗震加固设计;预应力加固法可进行简支梁板、外伸梁、多跨连续梁板和多跨框架梁的加固设计;粘钢加固法可进行梁、板的受弯加固和梁的受剪加固设计;外包

选择加固方法

后处理

结束

图4　程序流程示意

钢加固法可进行轴压柱、偏压柱的湿法和干法加固及梁的湿法加固设计;撑杆加固法可进行轴压柱的双侧加固和偏压柱的单侧与双侧加固设计;加大截面加固法可进行轴压柱、偏压柱和梁的加固设计。

该模块软件界面菜单及碳纤维加固部分菜单见图6。软件各模块的设计原理和使用方法,以后将专题介绍,在此不再赘述。

311　基本参数模块

“基本参数模块”可一次录入结构构件的基本参数,包括:截面编号、构件类型(梁、板、柱)、截面形式、截面尺寸、材料数据、几何信息等。

其中,构件的截面形式可以为矩形、T形、倒T形、I形、L形、倒L形、圆形和环形等

,大大提高了软件的适用性。该模块的界面如图5所示。

312　内力计算模块

该模块可以方便快速地进行简支梁、外伸梁、连续梁、井字梁、单向板、双向板、框架、排架等结构在各种形式荷载作用下的内力计算分析,避免了设计者通过一些专业的结构设计软件等来计算结构构件内力的复杂性。同时,软件人性化地为用户提供其他设计分析软件的内力数据接口,可以调用其内力计算结果,从而实现软件之间的数据共享和交叉作业,提高设计效率。

313　截面复核模块

(下转第22页)

图6　“东大迪普”的加固方法模块菜单

截面复核是软件的一个附加模块,也是软件的一个特色。结构加固设计与东大迪普(SEU2DEEP)软件系统的研发———孙宝俊,等

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处,须增加密封处理。412　增设有效遮阳措施

实测表明,暴露于炎炎烈日之下的外墙(尤其西墙)的外表面温度可达45℃以上(与墙体材料及其色泽、粗糙度密切相关),而当采用高效、可调的遮阳措施之后,即可降低到与室外空气温度相当的水平,甚至更低。由此可见,遮阳是非常适合夏热冬冷地区气候条件的夏季节能措施。图7是可调式外遮阳系统基本形式

。

绸窗帘的绝热效率比单层玻璃提高4411%～4715%,节能效果显著。一般而言,经过采用上述三个措施,已能确保窗户节能50%的要求。5　外部环境

实测表明,不管房间的节能措施做得如何好,只要打开门窗,外墙的内表面温度和室内空气温度马上飙升。究其原因,主要是室外太阳辐射太强烈和室外空气温度过高。所以改善住宅热环境和建筑节能最有效也是最合理的方法是改善外部环境。由于既有住宅是“既成事实”,一般很难从大的方面进行规划、设计,因此在住宅周围栽种或移植大的落叶乔木将是最佳选择。同时可种些攀援植物,以降低外围护结构的外表面温度。

a-弧形;b-水平百叶;c-垂直百叶;d-水平Π垂直百叶

1-遮阳收的方向;2-撑杆(可伸缩)

1　韩爱兴.,新型

图7　可调式外遮阳系统基本形式

413　设置节能窗帘

(3)

2..建筑学报,2001(3)3..北京:中国建筑工业出版社,2000.6

.我国夏热冬冷地区居住建筑热环境研究:[博士学位论

将纺织物的多孔绝热特点和金属的优良反光特性结合起来制成复合材料做成的窗帘,到良好的绝热作用。实测表明,文].南京:东南大学,2003

(上接第71页)315　后处理模块

处理功能,努力使东大迪普软件成为结构加固设计人员的必备工具,对提高设计的效率和安全性,对推进我国建筑结构加固事业的进一步发展做出更大的贡献。

参考文献

1　曹双寅,邱洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术.北京:中

加固设计施工简图和加固文档是结构加固设计的最终成果。但这两个方面灵活性较大,经验性很强。软件的后处理模块集中处理这两部分内容。该模块编制时主要依据现行加固规范、规程及其他相关的标准,同时融入了大量实际工程经验,并提供丰富的工程实例样本,方便用户借鉴处理,使设计详细化、规范化。

软件可以与通用绘图软件AutoCAD接口以处理施工简图,使软件更为实用、灵活。加固文档包括了加固设计施工说明、加固竣工报告、加固施工报价、加固合同等一整套标准的加固文档。软件有强大的文字处理功能,用户可以很方便地对相应的文档进行处理。

4　结　语

东大迪普(SEU2DEEP)结构加固软件系统是国内首次推出的一套专业结构加固设计软件,已在国内一些加固公司、设计院、高校和科研院所中应用,取得较好的经济和社会效益。东南大学土木工程学院还在加大对该软件的开发和投入力度,继续开发包括桥梁结构、钢结构、特种结构、砌体结构、地基基础等的加固设计模块,并进一步增强软件的前后

国水利水电出版社,2001

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22

工业建筑　2003年第33卷第10期

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