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申请/专利权人：湖南科技大学

摘要：本发明属于土木工程的结构设计技术领域，公开了一种钢筋混凝土开孔深梁的孔洞补强钢筋优化配置方法，包括如下步骤：根据钢筋混凝土开孔深梁的孔洞位置、尺寸，确定其直接压力路径；根据获得的直接压力路径，构建钢筋混凝土开孔深梁中孔洞补强钢筋的初始域；引入钢筋直径多等级拓扑优化法，基于得到的孔洞补强钢筋的初始域进行优化，得到孔洞补强钢筋优化配置后的钢筋混凝土开孔深梁。本发明能获得较高的承载能力和极限变形能力，更好地通过孔洞补强钢筋提高了孔洞侧的承载力，从而使得构件上其它部位的材料也能被充分地利用。

主权项：1.钢筋混凝土开孔深梁的孔洞补强钢筋优化配置方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据钢筋混凝土开孔深梁的孔洞位置、尺寸，确定其直接压力路径；S2：根据获得的直接压力路径，构建钢筋混凝土开孔深梁中孔洞补强钢筋的初始域，具体包括按顺序依次确定钢筋配置方向位置、钢筋配置长度、钢筋配置数量和钢筋配置直径；S3：引入钢筋直径多等级拓扑优化法，基于所述步骤S2得到的孔洞补强钢筋的初始域进行优化，得到孔洞补强钢筋优化配置后的钢筋混凝土开孔深梁，具体步骤包括：以步骤S2得到的孔洞补强钢筋的初始域为优化对象，根据钢筋单元组内钢筋单元的平均应力和最大应力，逐代对低应力钢筋单元组执行减小直径或删除操作，对高应力钢筋单元组执行增大直径操作，以实现应力约束下配置钢筋的最大化利用率，最终得到最优拓扑钢筋分布；其数学模型如下： 式中，s为钢筋的利用程度，nb为钢筋单元组的数量，ni,c为第i组钢筋单元的钢筋单元数量，为第i个钢筋单元组中所有钢筋单元的平均应力，σ*为钢筋的许用应力，为第i个钢筋单元组中第j个钢筋单元的应力矩阵，、分别表示第i个钢筋单元组中第j个钢筋单元的位移向量和直径；K、u、P分别为结构总体刚度矩阵、位移向量及荷载向量；、、与分别为第n种直径钢筋单元组的最大应力、最小应力、应力下限与上限；ri表示第i个钢筋单元组的钢筋直径，riu是以位移向量u为变量的第i个钢筋单元组钢筋直径的函数表达；所述步骤S2中，孔洞的形状为方形，钢筋配置长度的确定具体包括：基于有限元仿真对所述钢筋混凝土开孔深梁的受力性能进行分析，以覆盖直接压力路径上的混凝土拉损伤区域为原则，对仿真结果进行统计，拟合后得到钢筋配置长度的计算公式： ；式中，c2、c1、c4、c3分别为钢筋配置长度第一参数、钢筋配置长度第二参数、钢筋配置长度第三参数、钢筋配置长度第四参数；t1、t2、t3分别为孔洞位置第一参数、孔洞位置第二参数、孔洞位置第三参数；lsum为有限元仿真分析时上部加载垫块宽度与下部支座宽度之和的平均值，lsum=la+lb2，la表示加载垫块宽度，lb表示支座宽度；lnear和lfar分别为有限元仿真分析时方形孔洞两条对角线中与直接压力路径中心线夹角较大的对角线两端点到直接压力路径中心线的距离，其中lnear≤lfar；当孔洞被直接压力路径中心线平分时，t1=lnear=lfar；当该对角线有一个端点在直接压力路径中心线上，即lnear=0时，t2=lfar；当孔洞位置处于是否影响直接压力路径的临界状态时，t3=lfar。

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