計算表單仿真雙筋矩形截面承載力驗算的應用

張成玉 管麗佩

(青島濱海學院建筑工程實踐教學中心，山東 青島 266555)

計算表單仿真雙筋矩形截面承載力驗算的應用

張成玉 管麗佩

(青島濱海學院建筑工程實踐教學中心，山東 青島 266555)

闡述了雙筋矩形截面承載力驗算的計算方法，提出了 Excel計算表單的解決方案，并利用計算表單軟件，對實際工程中的雙筋矩形截面承載力驗算問題進行了計算，分析過程簡單快捷有效，值得在工程中推廣應用。

計算表單，Excel，雙筋矩形截面，承載力

0 引言

Excel計算表單軟件是一個使用方便、功能強大的表格數(shù)據(jù)處理和分析軟件，在土木類專業(yè)領域中，越來越多的人已經(jīng)開始使用Excel來處理一些實際問題[1-6]。Excel計算表單具有強大的函數(shù)計算功能，其內(nèi)嵌函數(shù)眾多，支持公式編輯，可完成復雜計算，對復雜冗長的計算過程尤其勝任，從而使結(jié)構(gòu)工程師從復雜的數(shù)學計算中解脫出來。

1 雙筋矩形截面承載力計算方法

雙筋矩形截面是混凝土結(jié)構(gòu)設計原理中的一部分。指不僅在截面受拉區(qū)配置縱向受力鋼筋，而且在截面受壓區(qū)也配置縱向受力鋼筋(受壓鋼筋)的矩形截面。采用雙筋截面設計的情況有：

1)當截面承受的彎矩設計值較大，且截面尺寸受到限制不能調(diào)整時；

2)同一截面在不同荷載效應組合下受到變號彎矩作用時；

3)在抗震設計中，需要配置受壓鋼筋以增加構(gòu)件的截面延性[7]。

雙筋矩形截面承載力驗算的基本公式包括：

由力的平衡條件，得：

α1fcbx=fyAs-fy′As′

(1)

由對受拉鋼筋合力點取矩的力矩平衡條件，得:

(2)

適用條件：

①x≤ξbh0；

②x≥2as′。

雙筋矩形截面承載力驗算的基本已知條件為：已知梁截面尺寸b×h，混凝土強度等級及鋼筋等級，受壓鋼筋As′和受拉鋼筋As，彎矩設計值M。驗算截面承載力是否滿足。

計算步驟:

1)求受壓區(qū)高度x:

由α1fcbx=fyAs-fy′As′得:

(3)

2)驗算受壓區(qū)高度x，此時x可能出現(xiàn)如下三種情況：

若x<2as′，則轉(zhuǎn)入①。

若2as′≤x≤ξbh0，則轉(zhuǎn)入②。

若x>ξbh0，則轉(zhuǎn)入③。

3)確定受彎承載力Mu。

①x<2as′,Mu=fyAs(h0-as′)

(4)

②2as′≤x≤ξbh0。

(5)

③x>ξbh0，取x=ξbh0得:

(6)

2 Excel計算表單的解決方案

為解決此問題，建立計算表、數(shù)據(jù)源和計算步驟三個計算表單。在計算表中輸入已知條件、計算參數(shù)和計算結(jié)果等內(nèi)容。數(shù)據(jù)源中含有計算所需參數(shù)。計算步驟中包含題目的計算步驟。

計算表界面如圖1所示。在此界面中，輸入已知條件，設計參數(shù)和計算結(jié)果三項內(nèi)容。其中已知條件中的混凝土強度等級采用的是下拉序列的方式，從C15～C80共14個等級。

鋼筋強度等級分為HPB300,HRB335,HRB400和HRB500四個等級(如圖2所示)。因其數(shù)據(jù)較少，故采用if語句實現(xiàn)。

設計參數(shù)中的混凝土抗壓強度設計值、抗拉強度設計值的參數(shù)數(shù)據(jù)采用index語句從數(shù)據(jù)源計算表單中進行索引，鋼筋抗拉強度設計值和抗壓強度設計值采用if語句實現(xiàn)。計算結(jié)果欄采用計算公式計算(如圖3所示)，并采用if語句進行比較分析。

部分單元格的輸入內(nèi)容見表1。

表1 單元格輸入內(nèi)容

數(shù)據(jù)源表單中的內(nèi)容見圖4。

3 工程實例

已知梁的截面尺寸b=300 mm，h=600 mm，混凝土強度等級為C35，縱向受拉鋼筋為HRB400級鋼筋，環(huán)境類別為一類。縱向受拉鋼筋截面面積為1 964 mm2，受壓鋼筋截面面積為402 mm2(見圖5)。

要求：求此梁所能承受的彎矩設計值。

4 結(jié)語

本文利用了計算表單軟件Excel的計算批處理、函數(shù)庫、圖表功能等功能對雙筋矩形截面受彎承載力進行了計算。過程簡單，易于操作，值得在工程上推廣使用。

[1] 趙全斌,劉江義,任曉芳.計算表單軟件仿真靜定梁內(nèi)力圖的應用[J].山東建筑大學學報,2010(6):338-341.

[2] 趙全斌,馮敏杰.回彈法檢測混凝土抗壓強度的Excel方法[J].工程建設與設計，2006(11):22-24.

[3] 譚曉慧,工建國.土釘支護結(jié)構(gòu)可靠度分析的電子表格法[J].巖土力學，2001,30(11):3447-3452.

[4] 王德成.電子表格在城市工程測量上的應用[J].測繪通報，2010(2):45，46-73.

[5] 黃 明,侯曉江.利用Excel軟件進行排水管道水力計算[J].山東建筑工程學院學報，2005,20(3):52-55.

[6] 趙全斌,李洪江.結(jié)構(gòu)地震反應數(shù)值計算的Excel方法[J].工程建設與設計,2008(5):27-29.

[7] 趙全斌,謝 劍,趙 彤.Excel計算表單在建筑工程中的應用[J].工程力學,2004,21(sup):368-373.

Application of spreadsheet to calculate the bearing capacity of rectangular section with double tendons

Zhang Chengyu Guan Lipei

(Constructionengineeringpracticeteachingcenter,QingdaoBinhaiUniversity，Qingdao266555,China)

The calculating method of calculating the bearing capacity of rectangular section with double tendons is presented, proposes the solution by using spread sheet of Excel, and the calculating method of calculating the cross section bearing capacity of double reinforced ribs in practical engineering is calculated by using the software of calculating form. The analysis process is simple and effective, and should be applied widely in engineering.

calculation form， Excel， rectangular section with double tendons， bearing capacity

1009-6825(2017)03-0024-02

2016-11-19

張成玉(1982- )，男，碩士，講師； 管麗佩(1989- )，女，助教

TU312

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