MATLAB GUI在土木工程軟件界面設計中的應用

谷昕陽

【摘要】：基于混凝土構件設計原理的理論背景，借助MATLAB的GUI圖形用戶界面，開發了混凝土受壓計算系統，能處理混凝土構件大偏心受壓時的配筋問題，通過案例分析驗證了該系統的可靠性，可以用于混凝土大偏心受壓類問題的求解。

1 概述

1.1引言

MATLAB是由美國MathWo rks 公司于1984年發布的、面向科學計算、數據可視化以及交互程序設計的高級計算機語言。MATLAB 軟件開發的初衷是方便地進行矩陣運算， 如今的MATLAB 已經把功能延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域。同傳統的土木工程計算機語言FORTRAN 和C語言相比， MATLAB 更具有以下幾大優勢：

a）功能強大。

b）語言簡單。

c）擴充能力強、可開發性強。

d）編程易， 效率高。

1.2文獻綜述：

如今，隨著matlab應用水平的提高越來越多繁瑣重復性的問題可以用GUI設計來解決，隨著數字圖像技術的發展，現在已經擁有很多成熟的算法，并且許多算法在Matlab中都已經實現并形成了圖像處理工具箱，數字圖像處理技術將會伴隨著未來信息領域技術的發展，更加深入到生產和科研活動中，成為人類生產和生活必不可少的內容。MATLAB 以及MATLAB GUI在土木工程中應用廣泛例如以下幾種情況：

<1> 在土力學中的應用。可以通過GUI設計來解決三相指標換算，地基承載力計算，地基沉降等問題。

<2> 在結構優化時的應用。由于好的優化設計可以降低造價，采用FORTRAN和C編制優化計算程序相當困難，MATLAB的優化工具箱提供了對各種優化問題的完善解決方案。還能方便的與FORTRAN和C接口。

<3>在混凝土結構仿真中的應用。現已有梁柱截面彎矩-曲率關系GUI程序應用。

<4>在木工程中的結構分析中的應用。

土木工程中的結構分析主要是指結構在靜力和動力荷載作用時結構內力和位移的求解問題。

<5> MATLAB GUI 數字圖像處理平臺

圖像在航空航天、生物工程、醫藥圖像、軍事公安以及道路交通等領域都有很大的需求。

1.3問題提出：

根據所查得的文獻，并沒有發現MATLAB GUI在混凝土構件計算配筋方面的應用

而在鋼筋混凝土構建中受壓構建的計算配筋尤為繁冗，公式多，計算量大，并且還有許多要查規范的地方，對于土木工作者來說計算起來不方便因此我們小組提出了設計混凝土大偏心受壓時的配筋計算的GUI用戶界面的想法，通過GUI可大大減小了土木工作者的計算量，也可以為非土木工作者提供一個簡單便捷的工作環境，從而可以搭建一個不需要掌握理論背景就可以解決問題的平臺。

各部分用MATLAB GUI實現方法如下：

（1）利用MATLAB GUI 實現鋼筋混凝土構建受壓計算配進需要作如下假設：

1、平截面假定， 即構件變形后的截面仍保持為平面. 根據該假定， 只要知道截面上任意兩點的應變值， 便可用線性關系算出其它各點的應變值了。

2、 鋼筋的應力一應變關系， 受拉或受壓鋼筋采用理想彈塑性的應力一應變關系，即：

，當εcu大于0.0033時取0.0033;、為混凝土壓應變、壓應力;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值;ε0為混凝土壓應力達到fc 時的混凝土壓應變;εcu為混凝土極限壓應變;fcu，k為混凝土立方體抗壓強度標準值

3、鋼筋與混凝土之間粘結可靠， 無相對滑移;

4、忽略剪切變形對梁、柱構件變形的影響.

（2） 原始數據部分， 因要輸人的參數較多， 故充分利用MATLAB設計圖形用戶界面的便易性。

（3） 充分利用MATLAB 函數式文件的簡潔性及參數傳遞的靈活性

（4）程序的可擴充性也非常好， 只通過少量的變動就實現了

1.4關鍵技術問題及其解決辦法

在設計混凝土構件大偏心受壓配筋計算的GUI設計時我們遇到了以下問題：（1）給列表框的選項賦值。

由于本組成員在這方面理論基礎比較薄弱，通過老師的講解和查閱資料，得知想要給下拉框選項賦值需要得到下拉框的value值，然后建立一個向量，將向量的維度等于下拉框選項的個數，再通過向量給value賦值從而實現給下拉框選項賦值。

（2）與計算按鈕實現連接的問題。

一開始我們將命令都寫在了COOM函數里，用set命令使句柄和句柄之間實現連接，發現實現不了，后來發現是由于需要輸出的未知量在公示中互相聯系不能獨立，因此我們重新編輯了函數文件，在主函數調用函數文件，再給未知量設置句柄，與輸出框句柄進行連接，解決與計算按鈕實現連接的問題的問題。

2 程序界面及功能

功能：可以通過控制單選按鈕（as’是否已知）來切換界面，在每一個界面上的輸入框輸入相關參數即可在輸出框得到準確的配筋情況，以及可以驗證配筋率是否合格。通過該GUI界面可以求出鋼筋混凝土構件大偏心受壓情況下的配筋情況，同時還可以驗證配筋率是否合格。

3 結論

本文通過具體的MATLAB GUI 界面應用實例的描述， 對用MATLAB進行結構計算機仿真進行了嘗試， 通過不斷的學習探索解決了一系列遇到的問題，在該過程中逐漸熟練掌握了MATLAB GUI的設計方法，也煅煉了自己的編程能力。通過小組協調合作，高效完成GUI設計，也為今后的專業問題找到了一條新的思路，對于復雜繁冗重復性的問題可以通過編程并且設置成可視化界面來解決。并且從該案例的實現可以看出MATLAB GUI在土木工程中的應用是很廣泛的，具有很高的可行性。

【參考文獻】：

【1】王麗.MATLAB在土木工程領域的應用[J].重慶交通學報，2007，26（1）：23-25.