谷昕陽(yáng)

【摘要】：基于混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)原理的理論背景，借助MATLAB的GUI圖形用戶界面，開(kāi)發(fā)了混凝土受壓計(jì)算系統(tǒng)，能處理混凝土構(gòu)件大偏心受壓時(shí)的配筋問(wèn)題，通過(guò)案例分析驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可靠性，可以用于混凝土大偏心受壓類問(wèn)題的求解。

1 概述

1.1引言

MATLAB是由美國(guó)MathWo rks 公司于1984年發(fā)布的、面向科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化以及交互程序設(shè)計(jì)的高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。MATLAB 軟件開(kāi)發(fā)的初衷是方便地進(jìn)行矩陣運(yùn)算， 如今的MATLAB 已經(jīng)把功能延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域。同傳統(tǒng)的土木工程計(jì)算機(jī)語(yǔ)言FORTRAN 和C語(yǔ)言相比， MATLAB 更具有以下幾大優(yōu)勢(shì)：

a）功能強(qiáng)大。

b）語(yǔ)言簡(jiǎn)單。

c）擴(kuò)充能力強(qiáng)、可開(kāi)發(fā)性強(qiáng)。

d）編程易， 效率高。

1.2文獻(xiàn)綜述：

如今，隨著matlab應(yīng)用水平的提高越來(lái)越多繁瑣重復(fù)性的問(wèn)題可以用GUI設(shè)計(jì)來(lái)解決，隨著數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)擁有很多成熟的算法，并且許多算法在Matlab中都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并形成了圖像處理工具箱，數(shù)字圖像處理技術(shù)將會(huì)伴隨著未來(lái)信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，更加深入到生產(chǎn)和科研活動(dòng)中，成為人類生產(chǎn)和生活必不可少的內(nèi)容。MATLAB 以及MATLAB GUI在土木工程中應(yīng)用廣泛例如以下幾種情況：

<1> 在土力學(xué)中的應(yīng)用。可以通過(guò)GUI設(shè)計(jì)來(lái)解決三相指標(biāo)換算，地基承載力計(jì)算，地基沉降等問(wèn)題。

<2> 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)的應(yīng)用。由于好的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以降低造價(jià)，采用FORTRAN和C編制優(yōu)化計(jì)算程序相當(dāng)困難，MATLAB的優(yōu)化工具箱提供了對(duì)各種優(yōu)化問(wèn)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(jié)構(gòu)仿真中的應(yīng)用?，F(xiàn)已有梁柱截面彎矩-曲率關(guān)系GUI程序應(yīng)用。

<4>在木工程中的結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用。

土木工程中的結(jié)構(gòu)分析主要是指結(jié)構(gòu)在靜力和動(dòng)力荷載作用時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的求解問(wèn)題。

<5> MATLAB GUI 數(shù)字圖像處理平臺(tái)

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

1.3問(wèn)題提出：

根據(jù)所查得的文獻(xiàn)，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)MATLAB GUI在混凝土構(gòu)件計(jì)算配筋方面的應(yīng)用

而在鋼筋混凝土構(gòu)建中受壓構(gòu)建的計(jì)算配筋尤為繁冗，公式多，計(jì)算量大，并且還有許多要查規(guī)范的地方，對(duì)于土木工作者來(lái)說(shuō)計(jì)算起來(lái)不方便因此我們小組提出了設(shè)計(jì)混凝土大偏心受壓時(shí)的配筋計(jì)算的GUI用戶界面的想法，通過(guò)GUI可大大減小了土木工作者的計(jì)算量，也可以為非土木工作者提供一個(gè)簡(jiǎn)單便捷的工作環(huán)境，從而可以搭建一個(gè)不需要掌握理論背景就可以解決問(wèn)題的平臺(tái)。

各部分用MATLAB GUI實(shí)現(xiàn)方法如下：

（1）利用MATLAB GUI 實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土構(gòu)建受壓計(jì)算配進(jìn)需要作如下假設(shè)：

1、平截面假定， 即構(gòu)件變形后的截面仍保持為平面. 根據(jù)該假定， 只要知道截面上任意兩點(diǎn)的應(yīng)變值， 便可用線性關(guān)系算出其它各點(diǎn)的應(yīng)變值了。

2、 鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系， 受拉或受壓鋼筋采用理想彈塑性的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，即：

，當(dāng)εcu大于0.0033時(shí)取0.0033;、為混凝土壓應(yīng)變、壓應(yīng)力;fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;ε0為混凝土壓應(yīng)力達(dá)到fc 時(shí)的混凝土壓應(yīng)變;εcu為混凝土極限壓應(yīng)變;fcu，k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

3、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)可靠， 無(wú)相對(duì)滑移;

4、忽略剪切變形對(duì)梁、柱構(gòu)件變形的影響.

（2） 原始數(shù)據(jù)部分， 因要輸人的參數(shù)較多， 故充分利用MATLAB設(shè)計(jì)圖形用戶界面的便易性。

（3） 充分利用MATLAB 函數(shù)式文件的簡(jiǎn)潔性及參數(shù)傳遞的靈活性

（4）程序的可擴(kuò)充性也非常好， 只通過(guò)少量的變動(dòng)就實(shí)現(xiàn)了

1.4關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及其解決辦法

在設(shè)計(jì)混凝土構(gòu)件大偏心受壓配筋計(jì)算的GUI設(shè)計(jì)時(shí)我們遇到了以下問(wèn)題：（1）給列表框的選項(xiàng)賦值。

由于本組成員在這方面理論基礎(chǔ)比較薄弱，通過(guò)老師的講解和查閱資料，得知想要給下拉框選項(xiàng)賦值需要得到下拉框的value值，然后建立一個(gè)向量，將向量的維度等于下拉框選項(xiàng)的個(gè)數(shù)，再通過(guò)向量給value賦值從而實(shí)現(xiàn)給下拉框選項(xiàng)賦值。

（2）與計(jì)算按鈕實(shí)現(xiàn)連接的問(wèn)題。

一開(kāi)始我們將命令都寫(xiě)在了COOM函數(shù)里，用set命令使句柄和句柄之間實(shí)現(xiàn)連接，發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)不了，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是由于需要輸出的未知量在公示中互相聯(lián)系不能獨(dú)立，因此我們重新編輯了函數(shù)文件，在主函數(shù)調(diào)用函數(shù)文件，再給未知量設(shè)置句柄，與輸出框句柄進(jìn)行連接，解決與計(jì)算按鈕實(shí)現(xiàn)連接的問(wèn)題的問(wèn)題。

2 程序界面及功能

功能：可以通過(guò)控制單選按鈕（as’是否已知）來(lái)切換界面，在每一個(gè)界面上的輸入框輸入相關(guān)參數(shù)即可在輸出框得到準(zhǔn)確的配筋情況，以及可以驗(yàn)證配筋率是否合格。通過(guò)該GUI界面可以求出鋼筋混凝土構(gòu)件大偏心受壓情況下的配筋情況，同時(shí)還可以驗(yàn)證配筋率是否合格。

3 結(jié)論

本文通過(guò)具體的MATLAB GUI 界面應(yīng)用實(shí)例的描述， 對(duì)用MATLAB進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行了嘗試， 通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)探索解決了一系列遇到的問(wèn)題，在該過(guò)程中逐漸熟練掌握了MATLAB GUI的設(shè)計(jì)方法，也煅煉了自己的編程能力。通過(guò)小組協(xié)調(diào)合作，高效完成GUI設(shè)計(jì)，也為今后的專業(yè)問(wèn)題找到了一條新的思路，對(duì)于復(fù)雜繁冗重復(fù)性的問(wèn)題可以通過(guò)編程并且設(shè)置成可視化界面來(lái)解決。并且從該案例的實(shí)現(xiàn)可以看出MATLAB GUI在土木工程中的應(yīng)用是很廣泛的，具有很高的可行性。

【參考文獻(xiàn)】：

【1】王麗.MATLAB在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)報(bào)，2007，26（1）：23-25.