MIDAS的PSC设计验算说明.docx

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MIDAS的PSC设计验算说明

北京迈达斯技术有限公司

2007年5月

MIDAS/CivilPSC设计验算功能说明

MIDAS/CivilPSC设计验算功能说明

一.程序给出的验算结果

程序一共给出了12项验算结果，如下所列。

根据“PSC设计参数”中“截面设计内力”和“构件类型”选定的内容的不同，给出的具体验算结果是不同的，详见表1。

1）施工阶段正截面法向应力验算

2）受拉区钢筋的拉应力验算

3）使用阶段正截面抗裂验算*

4）使用阶段斜截面抗裂验算*

5）使用阶段正截面压应力验算*

6）使用阶段斜截面主压应力验算*

7）使用阶段裂缝宽度验算

8）普通钢筋量估算*

9）预应力钢筋量估算*

10）使用阶段正截面抗弯验算

11）使用阶段斜截面抗剪验算

12）使用阶段抗扭验算

不同的“PSC设计参数”对应的验算结果

表1

项目

二维

二维+扭矩

三维

全预应力

不提供第7）、8）、12）项验算

不提供第7）、8）项验算

不提供第7）、8）项验算

部分预应力

A类

不提供第7）、12）项验算

不提供第7）项验算

不提供第7）项验算

部分预应力

B类

不提供第3）、12）项验算

不提供第3）项验算

不提供第3）项验算

*以上不提供验算的项目均为规范中不要求验算的内容

二.程序验算结果说明及与规范中相应条文的对应关系

1、施工阶段正截面法向应力验算：

（对应规范7.2.7，7.2.8）

-进行施工阶段正截面法向应力验算时，由预加力和荷载产生的法向应力可分别按照规范第6.1.5条和第7.1.3条进行计算。

此时，预应力钢筋应扣除相应阶段的预应力损失，荷载采用施工荷载，截面性质按本规范第6.1.4条的规定采用。

对计算结果的叠加要满足规范第7.2.8条的规定。

-最大、最小分别代表施工阶段在相应截面产生的正截面混凝土法向压应力和正截面混凝土法向拉应力。

-设计结果表格中最大/最小分别表示的是混凝土最大压应力/混凝土最大拉应力，同时相应的Sig_ALW指的是施工阶段混凝土容许压应力/容许拉应力。

-设计结果表格中应力压为正，拉为负。

-阶段表示的是该最大最小值所属施工阶段名称。

-抗压容许应力取用0.7f’tk，在计算抗压容许应力时取用的施工阶段混凝土的抗压强度标准值按f’ck=0.8fck计。

按照规范要求施工阶段混凝土的抗压强度标准值应该取施工时实测的立方体抗压强度换算抗压强度标准值，如实测f’ck≠0.8fck用户可以把表格里面的验算结果拷贝到excel表格中，手动调整容许应力值。

-抗拉容许应力取用1.15f’tk，施工阶段混凝土的抗压强度标准值按f’tk=0.8ftk计，如实测f’tk≠0.8ftk用户可以把表格里面的验算结果拷贝到excel表格中，手动调整容许应力值。

2、受拉区钢筋拉应力验算：

（对应规范6.1.3~6.1.4，7.1.3~7.1.5）

-锚固阶段和正常使用阶段预应力钢筋应力计算，结果要满足规范第6.1.3条和第7.1.5（第2条）的规定。

其中

为按照规范第7.1.3条和第7.1.4条计算预应力混凝土受弯构件由使用阶段作用标准值产生的预应力钢筋的应力增量。

-设计结果表格中Sig_DL指的是施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋锚固端的有效预应力；Sig_LL指的是扣除全部预应力损失并考虑使用阶段作用标准值引起的钢束应力变化后的预应力钢筋的拉应力；对于B类构件要考虑开裂截面的影响；Sig_ADL指的是施工阶段预应力钢筋锚固端张拉控制应力容许值；Sig_ALL指的是使用阶段预应力钢筋拉应力容许值，按规范7.1.5（第2条）取用。

-设计结果表格中应力拉为正，压为负。

3、使用阶段正截面抗裂验算：

（对应规范6.3.1（第1条）和规范6.3.2）

-按照规范中公式（6.3.2-1）和（6.3.2-2）计算边缘混凝土的法向拉应力，由于可能受到负弯矩的作用因此截面上边缘也可能产生拉应力，因此计算时公式中的荷载组合

或

和

要根据计算截面位置取相应的内力组合值和截面特性值。

-计算结果的判定标准对于全预应力混凝土受弯构件要满足规范中公式（6.3.1-1）和公式（6.3.1-2）的要求；对于A类预应力混凝土构件要满足规范中公式（6.3.1-3）和公式（6.3.1-4）的要求。

-需要注意的是对于A类构件由荷载长期组合计算截面边缘混凝土的法向拉应力

时，组合的活荷载中仅考虑汽车、人群等直接作用于构件的荷载，不考虑间接施加于桥上的其他作用效应（温度、沉降等其他活载）。

-设计结果表格中应力压为正，拉为负。

-表格中“组合名称”项表示正截面抗裂验算时采用的荷载组合。

-表格中“类型”项表示所属荷载组合中（包含移动荷载）显示的内力项最大时，会产生所需的最大最小值。

（当有移动荷载、支座沉降组分析时，程序计算了所有荷载工况的6项内力及每项内力的最大最小两项，即对每一种荷载工况计算6*2=12次，表格中的结果采用的是同时发生的内力计算的。

）

4、使用阶段斜截面抗裂验算：

（对应规范6.3.1（第2条）和规范6.3.3）

-按照公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）计算混凝土主拉应力，并要满足规范6.3.1（第2条）的规定。

计算混凝土主拉应力时要注意规范6.3.3下的关于公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）的注释。

-Sig_P1~Sig_P10指的是位置1~10的主拉应力值。

Sig_MAX指的是所有输出主拉应力位置处主拉应力最大值。

设计结果表格中应力压为正，拉为负；其他关于设计表格的说明同第3）项。

5、使用阶段正截面压应力验算：

（对应规范6.1.5，6.1.6，7.1.3~7.1.5）

-对由预加力产生的正截面混凝土压应力

和拉应力

应按规范6.1.5条和6.1.6条规定计算，对由作用（或荷载）标准值产生的混凝土压应力按规范7.1.3第1条和规范7.1.4第1条计算。

并且计算结果要满足规范7.1.5第1条的规定。

-设计结果表格中应力压为正，拉为负；

-Sig_MAX指的是计算截面各位置中最大压应力值。

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

6、使用阶段斜截面主压应力验算：

（对应规范7.1.3~7.1.6）

-按照公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）计算由作用（或荷载）短期效应组合和预加力产生的混凝土主压应力值，但公式（6.3.3-2）和公式（6.3.3-4）中的

和

应分别以

、

代替。

对混凝土主压应力结果要满足规范中公式（7.1.6-1）的规定。

计算混凝土主压应力时要注意规范6.3.3下的关于公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）的注释。

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

7、使用阶段裂缝宽度验算：

（对应规范6.4.2~6.4.4）

-当应用公式（6.4.3-1）进行裂缝宽度计算时，通常不需要定义裂缝宽度系数，只有在下述两种情况下需要人为指定裂缝宽度系数，一种情况是钢筋采用光面钢筋时，C1值应取1.4；当受力构件为板式受弯构件时，需定义裂缝宽度系数C3=1.15。

-另对于公式（6.4.3-1）中的钢筋直径d，当纵向受拉钢筋采用不同直径的钢筋时，d值应为所有纵向受拉钢筋的换算直径。

具体换算方法参照规范6.4.3对d值的说明。

-设计结果表格中最大、最小指的是不同荷载组合产生的截面弯距的最大、最小值。

根据弯矩的符号决定裂缝宽度的验算位置，在此需注意的是梁上部受拉时也会发生裂缝，程序将对此提供验算（最大即顶部）。

-当截面的上下缘混凝土应力均为压应力时，该截面处不会出现裂缝宽度，裂缝宽度结果为0，在PSC设计结果表格中不予输出计算结果，以“—”表示

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

8、普通钢筋估算：

（对应规范5.2.2~5.2.5）

-首先按照规范中公式（5.2.2-1）和公式（5.2.3-2）在不考虑预应力钢筋作用的情况下估算截面的受压区高度

，然后按照规范中公式（5.2.2-2）、公式（5.2.3-1）、公式（5.2.3-3）结合已知的预应力钢筋用量估算普通钢筋的用量。

注意，当对梁底和梁顶分别进行钢筋估算时，应采用的相应位置的荷载组合

及

。

表格中的

为承载能力极限荷载组合（不考虑钢束作用）的最大值。

-设计结果表格中底、顶指的是分别针对梁截面的底部和顶部的普通钢筋估算值。

当顶部弯矩Mj>0，即在梁顶部没有出现负弯矩的时候可以不配置普通钢筋，则顶部钢筋估算值为0。

-表格中Ag_REQ表示计算需要配置的普通钢筋面积，Ag_USE表示实际配置的普通钢筋数量。

9、预应力钢筋量估算：

-新规范中没有对预应力钢筋用量估算的说明，671中对预应力钢筋量的估算是参照徐光辉、胡明义主编的《公路桥涵设计手册——梁桥》（2000年，人民交通出版社）中的表2-5-3中的估算公式进行计算的。

表中

为按照规范JTGD60-2004中承载能力荷载组合（不包括预应力钢束作用）的最大值。

为正常使用阶段荷载组合（不包括预应力钢束作用）最大值。

-设计结果表格中底、顶指的是分别针对梁截面底部和顶部的预应力钢筋的估算结果。

当梁顶部不出现负弯矩的时候梁顶部可以不配置预应力筋，这时梁顶部预应力筋的估算值为0。

10、使用阶段正截面抗弯验算：

（应规范5.2.2~5.2.5）

-对截面受拉区内配置不同种类钢筋的受弯构件，其正截面相对界限受压区高度

的取值应选用相应于各种钢筋的较小者。

-设计结果表格中最大、最小指的是不同荷载组合产生的截面弯矩的最大、最小值。

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

11、使用阶段斜截面抗剪验算：

（对应规范5.2.6~5.2.11）

-首先应按公式（5.2.9）对截面进行最小尺寸验算，如果满足要求，则表示截面合格，在PSC设计结果斜截面抗剪验算表格截面验算一栏中将显示OK；否则显示NG，表示需要对截面进行修改，直到满足公式（5.2.9）的要求。

-对矩形、T形和I形截面的受弯构件，当符合规范中公式（5.2.10）时，可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按构造要求配置钢筋。

并在PSC设计结果斜截面抗剪验算表格验算一栏中显示跳过，否则显示验算，即表示必须按规范进行计算来配置抗剪钢筋。

-按照规范中公式（5.2.7-2）计算斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值时对

的取值当构件为B类预应力混凝土构件时，

。

-设计结果表格中最大、最小指的是不同荷载组合产生的截面剪力的最大、最小值。

不同荷载组合下剪力的方向可能会发生变化，且弯矩变号会引起梁计算高度h0发生变化（因为梁顶和梁底的钢筋中心距截面外端距离可能不一样），所以有必要验算剪力最大和最小两种情况。

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

12、使用阶段抗扭验算：

（对应规范5.5.1~5.5.6）

-对于纯扭构件其抗扭承载力按规范中公式（5.5.1-1）和公式（5.5.1-2）计算。

需要注意的是对于公式（5.5.1-2）

的计算结果对于钢筋混凝土构件当

时，应取

，当

，取

。

-对于剪扭构件其抗剪扭承载力按公式（5.5.4-1）、公式（5.5.4-2）和公式（5.5.4-3）计算，当截面为箱形截面时，

应以

代替。

-验算剪扭构件抗剪扭承载力时首先要验算截面，其截面应符合公式（5.5.3-1）的要求。

对于截面验算合格的构件在PSC设计抗扭验算结果表格中截面一栏将显示OK，表示截面合格，否则显示NG，应加大截面直到截面验算合格。

-其次要验算剪扭构件是否满足公式（5.5.3-2）的条件，如果满足则在PSC设计抗扭验算结果表格中显示跳过，否则显示验算。

“跳过”意思就是对此剪扭构件可不进行构件的抗扭承载力计算，仅需按规范规定配置构造钢筋。

“验算”意思就是对此剪扭构件按规范进行计算，配置抗剪扭钢筋。

-设计结果表格中最大最小项指的是扭矩最大、剪力最大、剪力最小时截面的抗扭验算结果。

-其他关于设计表格的说明同第3）项。

三、PSC设计验算时错误信息说明

1）进行设计的单元的截面必须是设计截面数据库里的截面或者PSC变截面。

否则会提示以下错误信息“PSC设计用数据不存在”。

2）进行PSC设计时混凝土材料必须选择规范JTGD62－2004中的混凝土材料。

否则会提示以下错误信息“不是适合的材料类型”（结构分析时混凝土材料可不受此限制）。

3）进行设计的单元的普通钢筋材料必须是新规范JTGD62－2004中的普通钢筋材料。

否则会提示以下错误信息“不是适合的钢筋数据”。

4）进行设计的单元的预应力钢筋材料必须是新规范JTGD62－2004中的预应力钢筋材料。

否则会提示以下错误信息“钢束信息有错”。

5）同一钢束组里面包含的预应力钢束必须具有相同的钢束特性值。

否则会提示以下错误信息“钢束组中有其他类型的钢束材料”。

6）在施工阶段控制中截面特征值变化如果不考虑钢束引起的变化，而按常量考虑（如图1所示），那么在进行PSC设计时程序会提示“在施工阶段分析控制中梁截面特性值变化选择为常量时在后处理上不能做PSC设计”。

图1钢束特性值按常量考虑

7）程序默认水平的梁单元按照梁设计，竖直的梁单元按照柱设计，对于倾斜的梁单元如果想按照梁设计，需要在“设计――一般设计参数――编辑构件类型”中把相应的单元修改为想采用的构件类型。

否则会提示以下错误信息“不是适合的构件类型”。

四、PSC设计其它相关说明

1）模型必须做施工阶段分析，才能进行PSC设计。

2）如果截面配有普通钢筋，则在分析的主控数据中必须选择“计算截面刚度时考虑钢筋”（如图2），否则程序计算截面特性和结构验算时将不考虑普通钢筋的作用。

3）做设计截面设计时，如果采用程序自动生成的荷载组合进行设计，对于在施工阶段作用的的荷载类型必须定义为施工阶段荷载，并要在相应的施工阶段进行激活。

如果自定义荷载组合，对荷载类型可不做此限制。

图2分析主控数据

4）做设计截面设计时，可以不考虑普通钢筋的作用，即不在“设计截面钢筋”中输入信息。

但是对于B类部分预应力混凝土构件必须输入普通钢筋的数据，否则对于“使用阶段裂缝宽度验算”程序不予执行。

5）对B类部分预应力混凝土构件做设计截面设计时，必须定义活荷载工况或移动荷载工况，否则因为缺少短期荷载组合程序对B类部分预应力混凝土构件的“使用阶段斜截面抗裂验算”和“使用阶段裂缝宽度验算”的结果将不予输出。

6）进行“普通钢筋估算验算”时，要预先确定预应力钢筋的布置位置、预应力钢筋面积、预应力荷载，才能进行“普通钢筋量估算”。

7）进行“预应力钢筋量估算”时，建模时输入的预应力钢筋面积不会影响预应力钢筋量估算的结果。

8）在斜截面抗剪验算中，如果用户在设计截面钢筋中不输入箍筋数据，那么程序会按规范中公式（5.2.10）仅考虑预应力筋和弯起钢筋提供的抗剪承载力。

而如果用户在设计截面钢筋中输入了抗剪箍筋数据，程序就会用输入数据按照规范公式（5.2.7-1）来计算混凝土和箍筋共同承受的抗剪承载力设计值。

因此这里要注意的是抗剪箍筋输入一定要符合实际情况，如果输入的太少，可能导致验算结果不正常。

9）在抗扭承载力验算中，抗扭箍筋默认按双肢箍进行验算，因此如果设计截面配筋有多只闭合箍筋，需要将多肢闭合箍筋折算为双肢闭合箍筋，并输入单肢箍筋面积。

10）荷载类型选择用户自定义荷载时，将不参与自动生成荷载组合。

11）定义设计截面时输入的抗剪用腹板最小厚度将用来作为抗弯和抗剪验算的腹板厚度。

因此在定义设计截面时一定要指定抗剪用腹板厚度，否则抗弯验算的结果不可信，且不能得到剪切应力的计算结果。

12）在剪切验算位置栏中不输入信息，程序会按默认的剪切验算位置自动计算剪切应力。

对于各种截面程序默认的剪切验算位置参见联机帮助。

13）矩形截面的模拟，使用截面〉设计截面〉中腹板，选择室类型为“无”。

14）使用PSC数值型截面时，各截面参数相应的含义如下（如图3）：

图3设计用数值型截面

T1——对于闭合截面为箱体部分顶板厚，对于开口截面为上翼缘板厚；

T2——对于闭合截面为箱体部分底板厚，对于开口截面输入0，程序默认按T截面验算；

BT——对于闭合截面为外侧腹板中心线间距离，对于开口截面输入腹板宽度和；

HT——对于闭合截面为截面顶底板中心线间距离，对于开口截面为截面上翼缘板中心线到截面底的距离；

验算扭转用厚度（最小）——对于闭口截面，输入外腹板的最小厚度，对于开口截面输入半个腹板厚。

程序根据输入的设计参数计算扭转引起的截面剪切应力和受扭塑性抵抗矩Wt。

16）

进行PSC设计时，如果在模型中定义了移动荷载工况，那么在分析〉移动荷载分析控制中对梁单元的计算位置要选择计算内力（最大值+当前其他内力）和应力选项，如图4所示。

17）对于移动荷载冲击系数如果按照JTGD60-2004的规定进行计算，在自动生成的使用阶段荷载组合中程序会自动排除冲击作用的影响，表现为使用阶段长、短期组合中移动荷载的组合系数为0.4/（1+u）或0.7/（1+u）。

对于冲击系数采用其他规范进行计算时，在自动生成的使用阶段荷载组合中，移动荷载考虑了冲击的作用，因此在进行截面验算时需要用户手动修改各使用阶段荷载组合中的移动荷载组合系数。