PSC截面设计验算功能说明.doc

1、PSC 截面设计验算功能说明1.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) 使用阶段斜截面正压应力验算*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2. 程序验算结果说明及与规范中相应条文的对应关系

2、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。 设计结果表格中的 Sig_MAX 针对最大/最小分别表示的是计算结果的混凝土最大压应力值/混凝土最大拉应力值，同时相应的 Sig_ALW 指的是施工阶

3、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(其他符号说明参见联机帮助)。 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 fck=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 fck0.8fck 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。2) 受拉区钢筋拉应力验算：（对应规范 6.1.36.1.4，7.1.37.1.5）施工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

4、（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；Sig_ADL 指的是施工阶段预应力钢筋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。 要查看钢筋的应力状况必须在施工阶段分析中定义混凝土的收缩徐变，否则程

5、序无法考虑使用阶段荷载引起的预应力钢筋的应力变化。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） 对应于原 670 版的使用阶段正截面法向应力验算的最小值（即拉应力）验算。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 Ml 或 Ms 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、6.3.1-3）和公式（6.3.1-4）的要求。需要注意的是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。 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：

7、（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_P1Sig_P10 指的是位置 110 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 6.1.5，6.1.6，7.1.37.1.5）对由预加力产生的正截面混凝土压应力 和拉应力 应

8、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 7.1.37.1.6） 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 Ms 和 Vs 应分别以 M

9、k 和 Vk 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 6.4.26.4.4） 当应用公式（6.4.3-1）进行裂缝宽度计算时，公式中的 C1 为钢筋表面形状系数，在程序中默认值为 1.0，该值对应的是采用带肋钢筋时的系数，当采用光面钢筋时 C1 值应取 1.4，因此应在裂缝宽度验算结果表格中手动的将裂缝宽度均乘以 1.4 得到相应的采用光面钢筋时结构的裂缝宽度计算值。 公式（6.4.3-1）

10、中的 C2 的取值根据计算裂缝宽度位置的不同所取的荷载组合也不同，也就是说对于梁底面和梁顶面C2 的取值是不同的。 公式（6.4.3-1）中的 C3 的取值根据构件的受力性质不同，所取的数值也不同。程序默认的数值为 1.0，参照规范，根据构件不同的受力性质采取不同的 C3 值，并在结果表格中对裂缝宽度计算值乘以相应的系数以得到真实的裂缝宽度计算值。 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。 在进行裂缝宽度验算时应注意以下两点：1、必须设置 PSC 截面钢筋，否则程

11、序不予进行裂缝宽度验算。2、在荷载工况中必须有活荷载或移动荷载，否则裂缝宽度验算不予输出计算结果。 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。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。 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 5.2.25.2.5）首先按照公式 估算截面的受压区高度 x，然后按照公式 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

12、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 Mj0，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 Mj 为按照规

13、范 JTG D60-2004 中承载能力荷载组合（不包括预应力钢束作用）的最大值。Msum 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 5.2.25.2.5） 当计算使用阶段正截面抗弯承载能力 Mn 时，可采用以下 4 个公式。公式 1：公式 2：公式 3：公式 4：公式 1 适用范围：矩形截面，翼缘位于受拉边的 T 形截面受弯构件，受压区高度小于受压翼缘高度的翼缘位于受压区的 T

14、形截面或 I 形截面。公式 2 适用范围：受压区高度大于受压翼缘高度的翼缘位于受压区的 T 形截面或 I 形截面受弯构件。公式 3 适用范围：计算中考虑受压区纵向钢筋但不符合规范公式（5.2.2-4）和（5.2.2-5）的条件，受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受压时。公式 4 适用范围：计算中考虑受压区纵向钢筋但不符合规范公式（5.2.2-4）和（5.2.2-5）的条件，受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋，且预应力钢筋受拉时。 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

15、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 5.2.65.2.11） 对矩形、T 形和 I 形截面的受弯构件，应按公式（5.2.9）对其抗剪截面进行验算。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，表示截面设计合理；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

16、，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，a2=1.0。 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 5.5.15.5.6） 对于纯扭构件其抗扭承载力按规范中公式（5.5.1-1）和

17、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 1.7，取 =1.7。 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，Wt 应以 tWt 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，应加大截面并继续验算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

18、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。3.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 PSC 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) 进行设计的单元的混凝土材料必须是新规范 JTG D622004 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”。3) 进行

19、设计的单元的普通钢筋材料必须是新规范 JTG D622004 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 JTG D622004 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，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”。7) 程序默认水平的梁单元

20、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 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”。 4.其它几点说明1) 模型必须做施工阶段分析，才能进行 PSC 截面设计。2) 如果截面配有普通钢筋，则在“分析 主控数据“中必须选择“计算截面刚度时考虑钢筋”，否则程序计算截面特性时将不考虑预应力钢筋的作用。3) 做 PSC 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

21、制。4) 做 PSC 截面设计时，可以不考虑普通钢筋的作用，即不在“PSC 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 PSC 截面设计时，必须定义活荷载工况或移动荷载工况，否则程序对 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，要首先执行“预应力钢筋量估算”或预先确定预应力钢筋的用量才能进行“普通钢筋量估算”。7) 进行“预应力钢筋量估算”时，首先要确定预应力钢筋的布置位置，程序根据

22、钢束布置位置估算所需预应力钢筋面积。在这个过程中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 PSC 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）仅考虑混凝土提供的抗剪承载力。而如果用户在 PSC 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，截面提供的抗剪承载力按照规范公式（5.5.4-1）来计算。因此这里要注意的是抗剪箍筋输入一定要符合实际情况，如果不输或输入的太少，可能导致抗剪验算结果不正常。