📄 hscclt.cpp
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// SARCSLT.cpp : Defines the entry point for the console application.
//*****钢筋混凝土矩形截面力学性能分析程序*****//
#include "stdafx.h"
#include "iostream.h"
#include "fstream.h"
#include "iomanip.h"
#include "math.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "conio.h"
#define pi 3.1415926
#define Ste_Bol 5.669*1E-8 //辐射中斯蒂芬-波尔兹曼常数
double Sectwid,Sectlen; //截面尺寸
int Sect_Type; //截面类型
double Prot_thick; //保护层厚度
double Spall_thick; //爆裂厚度
double Critical_T; //爆裂临界温度
int TDimension; //温度场是进行三维温度场还是二维温度场分析
int Fire0,Fire1,Fire2,Fire3; //受火面情况
int Step; //温度场分析的时间步数目
long TNode_num; //温度场分析时节点总数目
long TConElem_num; //温度场分析时混凝土单元总数目
long *TCElemNode_Info; //温度场分析时混凝土每个单元对应的节点号
double *Node_Coor; //温度场节点坐标
double *TimeHis; //存储温度场分析的时间步的信息
int Env_heatType; //升温曲线的选择 国际or美国
int Water_Method; //温度场分析时混凝土是否考虑水分的影响,0-不考虑,1-Lie方法,2-欧洲规范EC2方法
double CWaterContent; //温度场分析考虑水分影响,混凝土含水的质量百分数
double Qw; //水的蒸发能
double Cw; //水的质量热容
double PWater; //混凝土的质量密度
double CWaterPeakT; //按欧洲规范EC2考虑混凝土含水影响时,对应的峰值温度
double PConcrete; //混凝土的质量密度
double iniT0; //初始温度T0
int TempAnalysis; //控制是否进行温度场分析,0-不分析,1-分析
int MeshID; //结构分析的网格划分是否和温度场分析一样,1-一样,0-不一样
int VarTstep; //控制温度场分析是否采用变步长技术
double DelTemp=0.0; //变时间步时每一时间步温度增量
int F2Longbar_num; //纵筋的数目
double *F2LbarInfo; //纵筋单元信息,节点坐标(*2)＋钢筋类型,总共[F2Longbar_num,3]个元素
int Longbar_num; //纵筋的数目
int div1,div2; //截面网格划分数,按约定输入x向,y向
int Tdiv1,Tdiv2; //温度场单元划分
int divProt; //保护层划分层数
long F2Node_num; //力简化分析时节点总数目
long F2ConElem_num; //力简化分析时混凝土单元总数目
long *F2CElemNode_Info; //力简化分析时混凝土每个单元对应的节点号
double *F2Node_Coor; //力简化分析的截面网格划分时的节点坐标
int F2method; //计算方法的选取,1-Lie,2-韩林海
int StructID; //是否要进行结构分析
//简化分析时的函数和公共变量
int Csresta; //混凝土本构关系取值的建议公式,1-过镇海建议,2-Lie建议公式
int Ssresta; //钢筋本构关系取值的建议公式,1-过镇海建议,2-Lie建议公式
double ceutt; //混凝土高温极限拉应变
double ceptt; //混凝土高温受拉峰值应变
double ccstress; //混凝土高温受压峰值应力
double ctstress; //混凝土高温受拉峰值应力
double fc; //混凝土棱柱体抗压强度
double cp; //混凝土常温峰值应变
double cpt; //混凝土高温峰值应变
double E0tt; //混凝土的高温受拉弹性模量
double sfyt; //钢筋的高温屈服强度
double seyt; //钢筋的屈服应变
double sfu; //钢筋的极限抗拉强度
int sgaowenx; //是否考虑钢筋的高温徐变
double Wendubu; //温度补偿时间(小时)
double WendubuDT; //温度补偿时间对温度的导数
double Ecst(int,double,double,double,double);
double Ectempt(int,double,double,double,double);
double Ectimet(int,double,double,double,double);
double Esst(int,double,double,double,double,double,double);
double Estempt(int,double,double,double,double,double,double);
double Estimet(int,double,double,double,double,double,double);
double CStress(int,double,double); //根据混凝土的应力应变和温度求应力;
//根据钢筋的应力应变和温度求应力;
double SStress(int,double,double,double,double);
//计算钢筋的应力应变增量;
double SStstrainZ(int,double,double,double,double,double,double,double,double,double);
//计算混凝土的应力应变增量;
double CStstrainZ(int,double,double,double,double,double,double,double);
void matinvert(double *,long); //矩阵求逆
void matmpl(double *,long,long,double *,long,double*); //矩阵相乘
int agaus(double [],double [],int); //矩阵相除
#include "TempF2D.h"
#include "TempF3D.h"
#include "Struct2D.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
int i;
ifstream Input("Input.txt");
char NoUse[200];//为输入设置的无用的变量
//***从文件Input.txt读取初始数据***
if(Input.fail())
{
cerr<<"error opening the Input.txt!\n";
exit(0);
}
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Sectwid>>Sectlen;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Prot_thick;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Spall_thick;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>MeshID;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>div1>>div2;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Tdiv1>>Tdiv2;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>divProt;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>iniT0;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Critical_T;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Step;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>VarTstep;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>DelTemp;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>Env_heatType;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>TempAnalysis;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>StructID;
Input.getline(NoUse,sizeof(NoUse));
Input>>TDimension;
if(Sectwid>0.0 && Sectlen>0.0) //矩形截面
{
Sect_Type=1;
}
else
{
cout<<"截面边长输入有错! "<<" Sectwid= "<<Sectwid<<", Sectlen= "<<Sectlen<<endl;
exit(0);
}
//下面利用有限单元法计算温度场
if(TempAnalysis==1)
{
if(TDimension==2)
TempF2D();
if(TDimension==3)
TempF3D();
}
else
{
ifstream TimeIn("TimeHistory.txt");
TimeHis=(double *)calloc(Step,8);
for(i=0; i<Step; i++)
TimeIn>>*(TimeHis+i);
}
if(StructID==1) //进行结构分析
{
Struct2D(); //LIE和韩林海的简化方法进行结构计算
}
return 0;
}
//Hstress的值,见过书P204式(12-5),isub表示采用的建议公式类别,Estress表示有效应力,Estrain表示有效应变
double Ecst(int isub,double Estress,double Estrain,double T,double time0)
{
double N;
double Hstress; //临时变量,见过镇海书p204,式12-5
double Ntemp; //临时变量
if(isub==1) //按过镇海建议
{
ccstress=fc/(1.0+18.0*pow(T/1000,5.1)); //混凝土高温受压峰值应力,过P23,式(2-3);
ctstress=0.0-ccstress*0.1; //混凝土的高温受拉峰值应力;
cpt=cp*(1.0+5.0*pow(T/1000,1.7)); //混凝土高温峰值应力所对应的应变;
E0tt=ccstress/cpt*2.2; //过镇海的书,p25式(2-9);
ceptt=ctstress/E0tt; //混凝土的受拉峰值应变;
if(Estrain<=ceutt) //混凝土拉裂;
N=0.0;
if(Estrain>=ceutt && Estrain<=ceptt)
{
N=0.0-ctstress/(ceutt-ceptt);
//N=0.0;
if(fabs(ceutt-ceptt)<0.00003)
{
N=0.0;
}
}
if(Estrain>=ceptt && Estrain<=0.0)
N=E0tt;
if(Estrain>=0.0 && Estrain<=cpt) //混凝土受压
{
Hstress=1.0/(1.0+ccstress*(2.2/cpt-2.8*Estrain/cpt/cpt+0.6*Estrain*Estrain/cpt/cpt/cpt)*((72.0*T*T/1000/1000.0-T/1000.0)/1000.0/fc+60.0*sqrt(time0/60.0/120.0)*(exp(6.0*T/1000.0)-1.0)/ccstress/1000000.0));
N=ccstress*(2.2/cpt-2.8*Estrain/cpt/cpt+0.6*Estrain*Estrain/cpt/cpt/cpt)*Hstress;
}
if(Estrain>=cpt)
{
Ntemp=ccstress*((0.8*(Estrain/cpt-1.0)*(Estrain/cpt-1.0)+Estrain/cpt)/cpt-Estrain/cpt*(1.6*(Estrain/cpt-1.0)/cpt+1.0/cpt))/((0.8*(Estrain/cpt-1.0)*(Estrain/cpt-1.0)+Estrain/cpt)*(0.8*(Estrain/cpt-1.0)*(Estrain/cpt-1.0)+Estrain/cpt));
Hstress=1.0/(1.0+Ntemp*((72.0*T*T/1000/1000.0-T/1000.0)/1000.0/fc+60.0*sqrt(time0/60.0/120.0)*(exp(6.0*T/1000.0)-1.0)/ccstress/1000000.0));
N=Ntemp*Hstress;
}
}
if(isub==2) //按Lie建议公式;
{
if(T<=450.0)
ccstress=fc;
else if(T>=450.0 && T<=874.0)
ccstress=fc*(2.011-2.353*(T-20.0)/1000.0);
else if(T>=874.0)
ccstress=0.0;
if(T<874.0)
{
ctstress=0.0-ccstress*0.1; //混凝土的高温受拉峰值应力;
cpt=0.0025+(6.0*T+0.04*T*T)/1000000.0; //混凝土高温峰值应力所对应的应变;
E0tt=ccstress/cpt*2.0; //过镇海的书,p25式(2-9),原点切线模量;
ceptt=ctstress/E0tt; //混凝土的受拉峰值应变;
if(Estrain<=ceutt) //混凝土拉裂;
N=0.0;
if(Estrain>=ceutt && Estrain<=ceptt)
{
N=0.0-ctstress/(ceutt-ceptt);
if(fabs(ceutt-ceptt)<0.00003)
N=0.0;
}
if(Estrain>=ceptt && Estrain<=0.0)
N=E0tt;
if(Estrain>=0 && Estrain<=cpt) //混凝土受压
{
Hstress=1.0;
N=ccstress*(-2.0)*(cpt-Estrain)*(-1.0)/cpt/cpt;
}
if(Estrain>=cpt)
{
Hstress=1.0;
N=ccstress*2.0/9.0/cpt/cpt*(cpt-Estrain)*Hstress;
}
}
if(T>=874.0)
N=0.0;
}
if(isub==3) //按Kodur建议HSC公式
{
if(T<20.0)
{
ccstress=fc;
}
if(T>=20.0 && T<100.0)
{
ccstress=fc*(1.0-0.003125*(T-20.0));
}
if(T>=100.0 && T<400.0)
{
ccstress=0.75*fc;
}
if(T>=400 && T<=917.24)
{
ccstress=fc*(1.33-0.00145*T);
}
if(T>917.24)
{
ccstress=0.0;
}
if(T<917.24)
{
Ntemp=2.28-0.012*fc/1000000.0;
ctstress=0.0-ccstress*0.1; //混凝土的高温受拉峰值应力
//混凝土高温峰值应力所对应的应变
cpt=0.0018+(6.7*fc/1000000.0+6*T+0.03*T*T)/1000000.0;
//过镇海的书,p25式(2-9),原点切线模量
E0tt=ccstress/cpt*(2.28-0.012*fc/1000000.0);
ceptt=ctstress/E0tt; //混凝土的受拉峰值应变
if(Estrain<ceutt) //混凝土拉裂
{
N=0.0;
}
if(Estrain>=ceutt && Estrain<ceptt)
{
N=0.0-ctstress/(ceutt-ceptt);
if(fabs(ceutt-ceptt)<0.00003)
N=0.0;
}
if(Estrain>=ceptt && Estrain<0.0)
{
N=E0tt;
}
if(Estrain>=0 && Estrain<=cpt) //混凝土受压
{
Hstress=1.0;
N=Hstress*ccstress*(-Ntemp)*pow((cpt-Estrain)/cpt,Ntemp-1.0)*(-1.0)/cpt;
}
if(Estrain>cpt)
{
Hstress=1.0;
N=Hstress*(-1.0)*ccstress*2.0*30.0*30.0*(Estrain-cpt)/cpt/cpt/(130.0-fc/1000000.0)/(130.0-fc/1000000.0);
}
}
else if(T>=917.24)
{
N=0.0;
}
}
return(N);
}
//混凝土的温度切线模量的值,见过镇海的书P204页,式(12-4),isub表示采用的建议公式类别,Estress表示有效
//应力,Estrain表示有效应变,T表示温度,time0表示时间
double Ectempt(int isub,double Estress,double Estrain,double T,double time0)
{
double N;
double Hstress; //临时变量,见过镇海书p204,式12-5
double fsdives;
double fsdivt;
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