弯矩-曲率计算程序

#include<stdio.h>
#include<math.h>
float abstr(float); /*定义名为abstr的函数，其功能是求绝对值*/
int sign(float); /*定义名为sign的函数，其功能是获取数值的正负号*/
void main(void)
{
float m[300],c[300],p[300],d[300]; /*定义一维单精度浮点型变量数组，数组长度为300，m:弯矩;c:曲率;p:外力;d:挠度*/
float mom[100],coc[100]; /*定义一维单精度浮点型变量数组，数组长度为300，mom:纵梁方向距梁端n*da处弯矩;coc:对应曲率*/
int i; /*定义为整型变量*/
for(i=0;i<300;i++) /*为数组m，c，p，d，mom，coc赋初值0*/
{m[i]=0.0;
c[i]=0.0;
p[i]=0.0;
d[i]=0.0;
}
for(i=0;i<100;i++)
{mom[i]=0.0;
coc[i]=0.0;
}
//*****Enter Data To Store In Input.dat*****
FILE *file1,*file2,*file3,*file4;
float fy,es,esh; /*定义钢筋屈服强度，钢筋弹性模量，钢筋的极限拉应变*/
float fc,fct; /*定义混凝土抗压强度，抗拉强度*/
float as1,as; /*定义抗压钢筋面积，抗拉钢筋面积*/
float l,a,h,b; /*定义梁跨长，作用点到左端距离，截面宽、高*/
float ao[2]; /*抗压和抗拉钢筋中心到梁顶距离*/
int sn,ln,st; /*定义截面划分条带数，a长度上的分段数，钢筋型号*/
file1=fopen("input.dat","r"); /*从input.dat中读取相应数据*/
fscanf(file1,"%f%f%f",&fy,&es,&esh);
fscanf(file1,"%f%f",&fc,&fct);
fscanf(file1,"%f%f",&as1,&as);
fscanf(file1,"%f%f%f%f",&l,&a,&h,&b);
fscanf(file1,"%f%f",&ao[0],&ao[1]);
fscanf(file1,"%d%d%d",&sn,&ln,&st);
fclose(file1);
//*****End of Inputing Data*****
float dc=0.0000002,de=0.00005,ee,em; /*定义曲率增量，应变增量，截面中间处应变，应变的中间变量*/
float sf1=0.0,sf2=0.0,dsf; /*定义截面合力sf1，sf2，截面合力修正值dsf*/
float ffc=0.0,fs=0.0; /*定义混凝土合力，钢筋合力*/
float mi=0.0,mic,mis; /*定义某一条带的弯矩，混凝土截面内的合弯矩，截面钢筋合弯矩*/
float z,e,s,r; /*定义条带到截面中间的距离，应变，应力，反力*/
float eo,eu,cc=0.0; /*定义混凝土达到极限强度时的应变，破坏时的应变，cc为计算挠度时曲率变量，只对cc赋初值0.0*/
float lp,hh,hn,aas,etop; /*塑性铰长度的一半，分成sn个条带后每条带的高度，钢筋面积的中间变量，梁顶混凝土应变*/
float esy,da; /*定义钢筋的屈服应变，梁

纵向弹性区段分段ln后每段长度*/
float dd,dsn,dl; /*均为挠度中间变量*/
float mm,mo,co,dp,tan; /*弯矩中间变量，外力作用点处弯矩，对应曲率
，外力变化量，屈服点处弯矩与曲率的比值*/
int j,k,n,ii,jj;
int jmax1=500,jmax2=0,jmax3=0; /*定义jmax1，jmax2，jmax3三个整型变量并赋初值*/
esy=fy/es; /*计算钢筋的屈服应变*/
hn=h/sn; /*计算h高度的截面所分成的sn条带时，每条带的高度hn*/
eu=-0.004; /*定义混凝土破坏时的应变为-0.004*/
eo=-0.002; /*给条带应变赋初值*/
ee=-0.0001; /*给截面中间处应变赋初值*/
j=0;
ii=0;
do /*do-while循环，用于将曲率与计算截面的弯矩一一对应*/
{j++; ii=0; /*监测程序运行的整个过程发现ii增长的不健康，无法给sf1动态赋值，因而在这里加一个ii=0*/
c[j]=c[j-1]+dc;
do /*do-while循环，计算某一曲率下的混凝土与钢筋的合弯矩，并保证钢筋混凝土截面内合力为0*/
{ii++;
mic=0.0;
mis=0.0; /*给混凝土和钢筋的弯矩赋初值为0*/
//*****Calculate The Force Of Concrete*****
ffc=0.0; /*给混凝土合力赋初值为0*/
for(i=0;i<sn;i++) /*for循环，用于各条带混凝土产生的合力与合弯矩*/
{z=h/2-i*hn-hn/2; /*求每一条带到截面中间的距离*/
e=ee+z*c[j]; /*以截面中间处应变为基准计算每一条带中心处应变，原代码左端为"ee"有误*/
if(e>0.00015) s=0.0; /*if语句，用来判断每一条带中心处应变所在范围，从而选择对应公式计算该处应力*/
else if(e>0.0001) s=fct;
else if(e>0.0) s=(2*fct*e)/(e+0.0001);
else if(e>eo) s=-0.85*fc*(2*e/eo-(e/eo)*(e/eo));
else if(e>eu) s=-0.85*fc*(1-100*(eo-e));
else s=0.0;
ffc=ffc+s*b*(h/sn); /*将每一条带中心的混凝土受力叠加求合力*/
mic=mic+s*b*z*(h/sn); /*将每一条带中心的混凝土弯矩叠加求合弯矩*/
}
//*****Calculate The Force Of Steel*****
fs=0.0; /*钢筋合力初值为0.0*/
for(k=0;k<2;k++) /*计算截面钢筋的合力和弯矩*/
{
z=ao[k]-h/2; /*钢筋距上边缘的距离*/
e=ee+z*c[j]; /*截面曲率为c[j]时钢筋的应变，其中ee为截面中心的应变，为保证截面合力为0，会做调整*/
if(abstr(e)<=esy) s=e*es; /*弹性阶段钢筋应力的计算*/
else if(abstr(e)<=esh) s=

sign(e)*fy; /*屈服阶段钢筋应力的计算，其中sign是根据应变的符号确定应力符号的函数*/
else s=sign(e)*(fy+0.01*es*(abstr(e)-esh)); /*钢筋硬化后钢筋应力的计算*/
if(z<0.0) aas=as1; /*把受压钢筋的截面
面积赋给变量aas*/
else aas=as; /*把受拉钢筋的截面面积赋给变量aas*/
if(abstr(e)>esy) dc=0.0000003; /*钢筋屈服后的曲率增量*/
fs=fs+s*aas; /*截面钢筋合力*/
mis=mis+s*aas*z; /*截面钢筋合弯矩*/
}
if(ii==1) /*从此处到计算mm之前，是在计算判断赋给截面中心应变的增量是多少时，截面的合力接近0*/
{
sf1=ffc+fs; /*截面合力*/
ee=ee+de; /*第一次计算截面内力后给ee一个增量，然后再次计算得到截面内力，用两次的计算结果计算ee的合理增量*/
em=de; /*把初定的变量de赋给em，参与后边的计算*/
}
else
{
sf2=ffc+fs; /*用ee+de计算的截面合力*/
dsf=sf2-sf1; /*两次计算的截面合力差*/
em=-sf2*em/dsf; /*计算合理的ee增量，也就是使截面合力趋近0时的ee增量*/
if(dsf==0.0) em=de; /*如果计算的增量为0, 则第一次赋给ee的增量是合理的*/
ee=ee+em; /*计算合理的截面中心处的应变*/
sf1=sf2; /*将最后一次计算的合力sf2赋给上一次计算的合力sf1*/
}
mm=mic+mis; /*截面合弯矩*/

}while(abstr(sf2)>=0.1); /*当截面合力的误差大于0.1时重新再次计算截面的合力*/
if(e>=esy)
{
if(j<=jmax1) jmax1=j; /*如果在曲率增加次数小于500并且底部受拉钢筋屈服时，将曲率增加次数赋给jmax1*/
}
etop=ee-(h/2-hn/2)*c[j]; /*顶部条带中心的最大应变*/
m[j]=mm; /*把合弯矩赋给数组m[j]*/
if(m[j]>=mi) /*如果弯矩一直增大，则把弯矩赋给m[i],用于下一次比较，同时将j赋给jmax2*/
{
mi=m[j];
jmax2=j;
}
}while(etop>=1.2*eu); /*顶部应变的代数值不小于1.2*eu时，增加曲率，进行下一次计算*/
jmax3=j; /*曲率增加的总次数j赋给jmax3*/

//*****Put Out The Answer of Moment And Curvature上述过程建立了控制界面曲率与弯矩的对应关系*****//

file2=fopen("out1.dat","w");
for(j=0;j<=jmax3;j++) /*打印计算出的弯矩和对应的曲率*/
{
fprintf(file2,"%18.8g,%18.8g\n",c[j],m[j]);
}
fclose(file2);

if(st==1) lp=0.35*h; /*钢筋类型为1时，塑性铰一半的长度*/
if(

st==2) lp=0.5*h; /*钢筋类型为2时，塑性铰一半的长度*/
tan=m[jmax1]/c[jmax1]; /*弯矩曲率图斜率*/
da=a/ln; /*长度为a的梁分成ln段后每段的长度*/
dc=0.00000022; /*
计算荷载-挠度关系时的曲率增量*/
j=0;
do
{
cc=cc+dc;
j=j+1;
if(cc<=c[jmax1]) /*截面计算曲率小于钢筋屈服前的曲率时，计算作用的荷载及相应截面的挠度*/
{
i=-1;
do /*当满足条件i<=jmax1+1时计算曲率对应的弯矩*/
{
i++;
if((c[i]<=cc)&&(cc<c[i+1])) /*判断截面计算曲率在已经求出的曲率列表中的位置*/
mm=m[i]+((cc-c[i])*(m[i+1]-m[i]))/(c[i+1]-c[i]); /*假设弯矩曲率在相邻值间是线性变化的，求该曲率对应的弯矩*/
}
while(i<=jmax1+1); /*此条件表示的意思是弯矩曲率关系要是处在弹性阶段的关系*/
r=mm/a; /*计算支座反力*/
p[j]=(mm*l)/(a*(l-a)); /*根据合弯矩计算作用的集中荷载*/
for(n=1;n<=ln;n++) /*采用共轭梁法计算挠度*/
{
mom[n]=r*n*da; /*当计算长度为n*da时，计算截面的弯矩*/
jj=-1;
do /*当计算长度为n*da时，计算截面的曲率*/
{
jj++;
if((m[jj]<=mom[n])&&(mom[n]<m[jj+1])) /*判断计算截面的弯矩在弯矩列表中的位置*/
coc[n]=c[jj]+((mom[n]-m[jj])*(c[jj+1]-c[jj]))/(m[jj+1]-m[jj]); /*计算截面的曲率*/
}
while(jj<jmax1); /*此条件表示的意思是弯矩曲率关系要是处在弹性阶段的关系*/
dd=coc[n]*da*(n*da-da/2); /*共轭梁法计算计算截面的挠度*/
d[j]=d[j]+dd; /*挠度叠加后写到挠度数组中*/
}
}

else if(cc<=c[jmax2]) /*截面计算曲率小于钢筋最大应变曲率时，计算作用的荷载及相应截面的挠度*/
{
dsn=0.0; /*定义dsn初始等于0*/
i=-1;
do /*当满足条件i<=jmax1+1时计算曲率对应的弯矩*/
{i++;
if((c[i]<=cc)&&(cc<c[i+1])) /*判断截面计算曲率在已经求出的曲率列表中的位置*/
mm=m[i]+((cc-c[i])*(m[i+1]-m[i]))/(c[i+1]-c[i]);/*假设弯矩曲率在相邻值间是线性变化的，求该曲率对应的弯矩*/
}
while(i<=jmax2+1); /*此条件表示的意思是此时已经出现塑性铰，但是力还处于上升阶段*/
r=mm/a; /*计算支座反力*/
p[j]=(mm*l)/(a*(l-a)); /*根据合弯矩计算作用的集中荷载*/
da=(a-lp)/ln; /*减去塑性铰的一半以后a长度上的每一小段的长度*/
for(n=1;n<=ln;n++

) /*采用共轭梁法计算挠度*/
{mom[n]=r*n*da; /*当计算长度为n*da时，计算截面的弯矩*/
for(j
j=0;jj<=jmax2;jj++) /*计算除了塑性铰区域后的挠度*/
{if((m[jj]<=mom[n])&&(mom[n]<m[jj+1])) /*判断计算截面的弯矩在弯矩列表中的位置*/
coc[n]=c[jj]+((mom[n]-m[jj])*(c[jj+1]-c[jj]))/(m[jj+1]-m[jj]); /*计算截面的曲率*/
}
dd=coc[n]*da*(n*da-da/2); /*共轭梁法计算计算截面的挠度*/
dsn=dsn+dd; /*挠度叠加后得到最后值即为除塑性铰区域的挠度*/
}
mo=r*a; /*截面弯矩*/
for(jj=jmax1;jj<=jmax2;jj++) /*计算塑性铰区域的挠度*/
{if((m[jj]<=mo)&&(mo<m[jj+1])) /*判断计算截面的弯矩在弯矩列表中的位置*/
co=c[jj]+((mo-m[jj])*(c[jj+1]-c[jj]))/(m[jj+1]-m[jj]); /*计算截面的曲率*/
}
dl=co*lp*(a-lp/2); /*塑性铰区域的挠度*/
d[j]=dsn+dl; /*塑性铰区域和非塑性铰区域挠度的叠加*/
}
else
{
dsn=0.0; /*定义初始值为0*/
i=-1;
do /*计算到了下降段以后的弯矩挠度*/
{i++;
if((c[i]<=cc)&&(cc<c[i+1])) /*判断计算截面的曲率在曲率列表中的位置*/
mm=m[i]+((cc-c[i])*(m[i+1]-m[i]))/(c[i+1]-c[i]); /*计算截面的弯矩*/
}
while(i<jmax3); /*此条件表示的意思是混凝土已处于下降段*/
r=mm/a;
p[j]=(mm*l)/(a*(1-a));
dp=p[j-1]-p[j];
da=(a-lp)/ln;
for(n=1;n<ln;n++)
{mom[n]=dp*n*da; /*此阶段跟上阶段意思一样*/
coc[n]=mom[n]/tan;
dd=coc[n]*da*(n*da-da/2);
dsn=dsn+dd;
}
dl=dc*lp*(a-lp/2);
d[j]=d[j-1]-dsn+dl; /*计算此阶段的挠度总值*/
}
}while(cc<=c[jmax3]);
file3=fopen("out2.dat","w"); /*以写的方式打开out2.dat*/
file4=fopen("out3.dat","w");
for(j=0;j<jmax3;j++)
{fprintf(file3,"%15.4f\n",d[j]);
fprintf(file4,"%15.4f\n",p[j]); /*打印d[j],p[j]在这里为了方便形成excel表格用了两个文件输出，文件3输出挠度，文件4输出外力，将数据复制到excel中绘制p-δ关系曲线*/
}

}

int sign(float num)
{
int q;
if(num<0.0)q=-1;
if(num>=0.0)q=1; /*定义sign*/
return q;
}
float abstr(float x)
{
if(x>=0)
x=x;
else x=-x; /*定义abstr*/
return x;
}