基本信息
- 项目名称：
- 基于碳纤维抗弯加固方法对比的MATLAB-GUI开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 当结构中的受弯构件由于材料强度降低、设计失误等原因使承载力低于初始设计要求时，就应对此进行承载力校核，若结构或构件不满足预定的功能要求时，需对构件进行加固。 本课题通过对比两类常用的钢筋混凝土抗弯加固计算方法，借助MATLAB开发平台，在遵循一种计算方法的前提下，开发了用于抗弯加固计算的程序，其给出了友好的用户界面，并且能对加固信息进行检查，此外程序又能给出满足工程需要的计算书。
- 详细介绍：
- 《钢筋混凝土结构》是工民建专业的核心课程，而“钢筋混凝土受弯构件的正截面受弯承载力计算”是课程的重点内容，除准备知识，如破坏阶段和形式、计算假定外，主要涉及各种截面梁的设计和校核。 当结构中的受弯构件由于材料强度降低、功能改变、设计失误、施工不当等原因使承载力低于初始设计要求时，就应对此进行承载力校核，若结构或构件不满足预定的功能要求时，需对构件进行加固，而受弯构件的抗弯加固是常见的加固项目。 碳纤维片材凭其优越的物理力学性能，为混凝土受弯构件的抗弯加固提供了一种新途径；但目前碳纤维片材加固技术仍处于研究阶段，故加固设计标准时常更新，这导致工程师对先后颁布的加固设计标准的连贯性及其加固设计条款的本质认识有所欠缺。 MATLAB是一种用于工程与科学计算的高级语言，其具有友好的工作平台和编程环境、简单易用的程序语言、强大的科学计算机数据处理能力、出色的图形处理功能、便捷的用户界面开发等特点，这些特点使得其成为工科学生、工程师常用的数据处理、程序编写和简单软件开发的常用工具。 本课题通过对比两类常用的钢筋混凝土抗弯加固计算方法，借助MATLAB的GUI开发平台，在严格遵循一种计算方法的前提下，开发了用于抗弯加固计算的程序，该程序给出了友好的图形用户界面，并且能对加固信息进行合理性检查，此外程序又能给出满足工程需要的计算书。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、目的： 通过对两种常用的钢筋混凝土构件碳纤维抗弯加固方法的比较分析，及基于此进行的GUI的开发，达到了如下目的： 1）深化了专业课程《钢筋混凝土结构》中重点内容“钢筋混凝土受弯构件承载力计算”的学习； 2）从原理上认知了两种常用碳纤维抗弯加固方法的异同点； 3）作品可在一定程度上减轻碳纤维抗弯加固设计的的工作强度，提高工作效率和设计质量。 2、基本思路 作品首先对两种目前常用的抗弯加固计算方法进行了比较分析，归纳整理了各个物理量、参数的约束因素及功能，然后选用某种抗弯加固方法进行GUI开发； GUI开发时先设计简洁、通用性和交互性良好的界面，然后通过编写代码，实现抗弯加固计算。 3、创新点 1）首次对两种目前常用的钢筋混凝土构件抗弯加固计算方法进行了比较分析； 2）首次利用MATLAB-GUI的开发平台进行了抗弯加固设计的程序开发； 3）承载力计算过程覆盖了标准计算方法的所有条款，且能提供符合工程要求的详细计算书； 4、技术关键和主要技术指标 1）抗弯加固计算方法中各个物理量、参数的约束条件和功能的逻辑整理，并在此基础上进行计算框图的绘制； 2）计算框图的模块化，以及编写各个模块的程序代码。
科学性、先进性
- 本作品在对比两种目前常用的碳纤维抗弯加固计算方法的前提下，有选择性的进行了交互式程序的开发，且此GUI程序具有数据检查和计算书输出功能。 在碳纤维加固计算方法比较分析方面，除余琼和聂琳进行的“碳纤维加固混凝土柱抗剪承载力计算方法比较”外，国内学者和工程人员的相关工作较少，另外余琼和聂琳的工作虽然是对两种计算方法的对比，但其仅局限于柱的抗剪承载力计算方法； 朱凯等开发的东大迪普加固软件系统能进行碳纤维受弯和受剪加固设计，但是开发时仅有一种抗弯加固计算方法在使用； 张雪松等人基于MATLAB进行了碳纤维布抗震加固的GUI程序设计，其开发的依据虽然为两种方法，但其面向的是抗震加固设计； 此外尚能查到用Excel开发的碳纤维片材加固混凝土一般构件的程式化工作，但是该类程式对输入的初始数据无法进行核对和校正，也无法给出复合要求的详细计算书。
获奖情况及鉴定结果
- 在校“挑战杯”课外学术科技作品竞赛中获“特等奖”。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术购买
作品可展示的形式
- 磁盘、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 1）输入承载力不足的受弯构件的混凝土材料信息、配筋信息、截面信息； 2）输入所选用的碳纤维材料信息、加固信息； 3）对输入信息进行数据检查； 4）进行抗弯加固计算分析； 5）输出抗弯加固计算书； 技术特点： 1）具有通用性、交互性良好的人机界面； 2）具有数据检查，错误信息和警告信息提示功能； 3）计算分析的整个过程覆盖了标准计算方法的所有条款； 4）能够输出符合工程要求的计算书； 适应范围及推广前景的技术性说明： 1）辅助从事钢筋混凝土构件加固设计的工程师从本质上认知两种目前常用的碳纤维抗弯加固计算方法的异同点； 2）减轻碳纤维抗弯加固计算的分析强度，提高设计质量； 3）软件的开发思路和借助的开发平台可为擅长程式语言、同时对设计编写理工类程序感兴趣的人员提供一个参考。
同类课题研究水平概述
- 1、在碳纤维片材加固钢筋混凝土构件的设计方法的程式化方面，出现了一些有益的努力，具体如： 1）朱凯等开发的东大迪普加固软件系统能进行碳纤维受弯和受剪加固设计，但是开发时规范尚未颁布，故其无法进行两者的对比，其计算依据是规程； 2）杨遒等人在MATLAB平台下开发了碳纤维片材的抗剪加固GUI程序，但是其进行开发时规范也尚未颁布； 3）闫长旺、王刚等人基于规程和VB开发平台进行了碳纤维布加固混凝土T 形梁正截面强度程序化计算，此时规范虽已颁布，但其开发的依据仍为规程； 4）张雪松等人基于MATLAB进行了碳纤维布抗震加固的GUI程序设计，其开发的依据为规程和规范，但其面向的抗震加固设计，也并未对两者的抗震设计方法进行对比研究，仅仅给出了两者对案例的计 算结果； 此外，在网上尚能查到用Excel开发的碳纤维片材加固混凝土一般构件的程式化工作，部分工作是基于规程的，部分工作是基于规范的，但是该类程式对输入的初始数据无法进行核对和校正，也无法给出复合要求的详细计算书。 2、在碳纤维片材加固钢筋混凝土构件的设计方法对比方面，除了余琼和聂琳进行的“碳纤维加固混凝土柱抗剪承载力计算方法比较”外，国内学者和工程人员的相关工作较少；另外余琼和聂琳的工作虽然是基于规程和规范进行的对比，但其仅局限于柱抗剪承载力计算方法。 3、在MATLAB用于GUI的开发方面，在教学、工程、科学实践方面有很多实例，在此仅列举与建筑工程专业有关的一些案例。李彤，项四通等利用MATLAB的图形用户界面开发系统开发了材料力学静定梁的内力计算、内力数值显示、变形显示的GUI；徐海涵 孙后环 杨谋存等利用MATLAB的GUI开发功能，根据塔式起重机相关设计计算规范，开发了塔式起重机钢结构计算应用软件；许聚武，沈晓梅等基于MATLAB进行了建筑热工缺陷分析软件的设计，为建筑的热工缺陷测量后的分析和节能评价提供了新的途径。
