Civil-FQ偏重内力、应力、预应力荷载-典尚设计

MIDAS Civil内部资料内力、应力、预应力专题FAQ目 录Q1、实体单元内力如何查看2Q2、板、实体应力结果查看时单元平均和节点平均的含义及使用特点3Q3、关于Tresca应力和有效应力(von-Mises应力)计算特点及适用情况3Q4、在MIDAS/Civil的移动荷载分析中，如何得到发生内力最大值时同时发生的其他内力？3Q5、能否只查看模型的一部分在各施工阶段的结果？4Q6、移动荷载分析时应力输出原则和应力计算方法5Q7、梁单元应力、梁单元应力PSC、PSC设计截面应力的区别5Q8、索单元i、j端转角变形不同5Q9、单元水平布置，预应力钢筋水平布置，为何在悬臂端出现剪力？6Q10、如何考虑支座宽度对弯矩折减的影响7Q11、钢束预应力荷载对屈曲分析没有影响8Q12、分析时提示预应力钢束没有张拉9Q13、预应力损失计算9Q14、钢束预应力进行施工阶段分析和一般静力分析得到的结果有什么不同？10Q1、 实体单元内力如何查看A1 使用“结果局部方向内力的合力”功能查看选定剖断面的内力。局部方向内力合力也可以用于板单元剖断面内力查看。局部方向内力合力的计算方法：将所选平面上节点的节点内力相加得到。因此使用“局部方向内力合力查看”功能时，要注意选择的剖断面或剖断线必须完整剖分结构，不能查看剖断面上局部单元的内力合力。进行实体的局部方向内力查看时，选择方向不同，所选的单元也不同，计算结果亦不同。当实体单元为四面体时，尽量不要使用此功能查看内力的合力，因为很难保证实体的一个面完全位于所选的剖断面上。图示 可以查看的剖断面内力-所选单元的一面都位于所选的剖断面上，所选单元以虚线显示图示 不能查看的剖断面内力该剖断面上有部分单元没有倍选择，因此不能使用局部方向内力查看功能。Q2、 板、实体应力结果查看时单元平均和节点平均的含义及使用特点A2 根据有限单元法基本原理，由位移元得到的位移解在全域是连续的，应力解是由位移解得到的，在单元内部是连续的而在单元间是不连续的，即在单元边界上发生突变。因此同一个节点，由围绕它的不同单元计算得到的应力值是不相同的。另一方面在边界上应力解一般也与力的边界条件不相符合。而实际工程中无感兴趣的是单元边缘和节点上的应力，因此需对计算得到的应力进行处理，以改善所得的结果。最常用的处理应力结果的方法是取相邻单元或围绕节点各单元应力的平均值。1） 取相邻单元应力的平均值这种方法最常用于三角形单元中，这种最简单而又相当实用的方法得到的应力解在单元内是常数。可以看作是单元内应力的平均值，或是单元形心处的应力。可以取相邻单元的应力的算术平均值，也可以将单元面积或体积作为权重进行加权平均；平面单元使用面积A，当是实体单元时A也可以换成体积V，上角标e表示单元在该单元组的编号。1m为相邻单元的编号。2） 取围绕节点各单元应力的平均值1m是围绕在i节点周围的全部单元。取平均值时可以参照单元平均应力计算时的面积加权和体积加权。Q3、 关于Tresca应力和有效应力(von-Mises应力)计算特点及适用情况A3 混凝土的破坏准则有最大拉应力理论、最大拉应变理论、最大剪应力(Tresca应力)理论、von-Mises应力理论等很多理论。最大剪应力(Tresca应力)理论是指材料承受的最大剪应力达到一定限值时发生屈服。von-Mises应力是指有效应力达到一定限值时材料发生屈服(圆柱面破坏)。MIDAS软件输出的von-Mises应力是有效应力。两种应力主要用于钢结构应力查看。Q4、 在MIDAS/Civil的移动荷载分析中，如何得到发生内力最大值时同时发生的其他内力？A4 第一步，首先在主菜单的分析移动荷载分析控制对话框中，在单元输出位置的杆系单元中选择“内力（最大值+当前其他内力）”，如果只选“内力（最大值）”项则只输出最大值。如果想要查看梁单元的应力，则需要选择下面的应力项。第二步，在运行分析后，选择主菜单的结果分析结果表格梁单元内力，在生成的表格中按鼠标右键，在弹出的关联菜单中选择查看最大值。然后选择相应的最大值，按“确认”键，则将输出某向内力发生最大值时同时发生的其他内力情况。图示 结果表格中使用关联菜单的“查看最大值”功能查看移动荷载下梁单元同时发生内力结果如欲查看移动荷载下的同时发生反力结果，需要在定义移动荷载分析数据时定义“并发反力组”，然后再执行移动荷载分析，然后在“结果分析结果表格并发反力”中查看。并发反力组是由定义了节点边界条件（一般支承或节点弹性支承）的支座节点组成。Q5、 能否只查看模型的一部分在各施工阶段的结果？A5 首先在屏幕上选择要查看的部分，并用激活命令将其激活，然后在程序下方的状态条上按下“激活固定”键即可（参见下图），该键只有在后处理模式上才能被激活使用。单元捕捉控制阶段激活固定激活固定方向选择过滤动态查询状态条其他键的使用说明：阶段缩放固定键：选择要查看的单元并激活后，按下阶段缩放键，则在查看其他施工阶段模型或结果时，被选择单元在模型窗口显示的大小始终不变。选择过滤键：none表示选择时不过滤，如果选择其他表示过滤。例如选择Z后，在屏幕上全选了模型，其中只有沿Z轴布置的单元才能被选中。选择了非none的值后，左侧网格模样的键就被亮显，表示目前选择功能处于过滤状态。单元捕捉控制键：按下该键后，方能激活右侧数据。如果要捕捉单元2/5点位置，可将分子设置为2，分母设置为5。“结果用户定义图形”也可以用于仅显示局部单元的位移、内力、应力分析结果，但与“激活固定”不同的是，用户定义图形可以显示整个模型，但仅显示用户定义图形结构组单元的分析结果。而激活固定只能在图形窗口中显示激活单元，并显示所有激活单元的分析结果。Q6、 移动荷载分析时应力输出原则和应力计算方法A6 对于板单元，默认不输出单元应力，如果需要输出，必须在移动荷载分析控制数据中指定；对于梁单元，默认不输出梁单元应力，但可以输出梁单元psc应力，如果要输出梁单元应力，也需要在移动荷载分析控制数据中指定；无论是梁单元还是板单元，输出的单元应力都是各个应力输出点可能发生的最大/最小应力，没有同时发生应力查看功能。Q7、 梁单元应力、梁单元应力PSC、PSC设计截面应力的区别A7 梁单元应力和梁单元应力PSC是应力分析结果的两种表达方式，PSC设计截面应力是结构验算的结果表达方式；在进行移动荷载分析和支座沉降分析时，应力分析结果是根据应力影响线计算得到的，因此与通过内力按照材料力学方法计算得到的应力有所区别。输出的结果是各个应力计算点通过影响线分析得到的应力最大或最小值。PSC设计截面应力是根据同时发生的内力按照指定规范的应力计算方法得到的截面应力，且输出的是截面应力验算点中某点发生最不利应力结果时，其他各点在相同内力情况下的同时发生应力结果。桥梁内力图只是梁单元内力、梁单元应力、梁单元应力PSC的另一种表达方式，在结果处理上没有特别的规定，桥梁内力图仅适用于施工阶段分析模型的结果查看。Q8、 索单元i、j端转角变形不同A8 如下图所示，索单元ij端的桁架内力明显不同，索单元在进行非线性分析时按照悬索单元处理，得到的单元两端节点的转角是悬索单元在节点切线坐标方向的转角。索单元在自重作用下会产生垂度效应，因此只要索单元受力方向与索单元长度方向不同，就会受垂度作用影响，出现索单元ij端转角不相同的现象。不仅索单元ij端转角结果不同，索单元ij端的内力通常也是不同的。在进行索单元非线性分析时，索的垂度是由索自重引起的，因此索不能设置为无容重材料。索单元的分析结果与一般的线性单元分析结果不同，除内力外，还包括索伸长、索垂度、索端部转角。另外索单元的无应力索长也可以在这里查看。Q9、 单元水平布置，预应力钢筋水平布置，为何在悬臂端出现剪力？A9 虽然节点连线是水平布置，但结构是变截面结构，因此单元坐标轴肯定不是水平的，因此预应力荷载加载方向与单元坐标轴不平行，自然会产生竖向剪力。图示 水平单元水平预应力荷载下出现竖向剪力图示 因为变截面所以端部单元坐标轴不是水平的单元坐标轴的确定：梁单元：单元ij端截面换算截面质心连线（质心位置在截面特性中由Cy和Cz表示，当按换算截面特性计算时，单元坐标轴由换算截面质心连线确定），换算截面质心位置在“结果分析结果表格施工阶段最终阶段截面特性”可以查看。在施工阶段分析的数据输出文件*.OUT中也可以查看各个分析步骤的当前换算截面特性；板单元：四边板，对边中线连线交点为原点，平行于N1、N2点连线方向矢量为单元x轴，按照右手螺旋定则确定y、z轴；三角板，三角形重心为原点，平行于N1、N2点连线方向矢量为单元x轴，按照右手螺旋定则确定y、z轴。实体单元：有4、6、8节点实体单元，分别对应四面体、五面体、六面体，实体单元的单元坐标系由组成实体的第一个面按板单元的坐标系确定原则确定，第一个面就是最先输入的三点或四点组成的三角形或四边形面。Q10、 如何考虑支座宽度对弯矩折减的影响A10 规范4.2.4条说明在计算连续梁中间支承的负弯矩时，可考虑支座宽度对弯矩折减的影响；程序中在“结果内部支座弯矩折减”中设置支座宽度对支座位置处的弯矩予以折减。可以考虑对某些荷载工况（包括施工阶段荷载）、某些支座位置进行弯矩折减。支座宽度为在形心位置支座的影响宽度，可以人为输入，也可自动计算，当选择自动计算时，程序根据约束位置，按照约束位置向形心方向做45度角扩散求得影响宽度。如下图所示，为梁底定义约束的情况其中，a支座影响宽度；yc支座点到形心的距离，当支座在梁底时，yc=Czm（截面形心到截面下边缘的距离）；R支座反力；M原始计算弯矩；M支座处弯矩折减；M1考虑支座处弯矩折减后的计算弯矩。需要注意的是，虽然规定规定的是对支座处负弯矩进行折减，但在程序中，如果定义了支座弯矩折减系数，那么无论是正负弯矩在此处都会进行折减，且设计内力调取的也是此折减后的弯矩。Q11、 钢束预应力荷载对屈曲分析没有影响A11 钢束预应力荷载属于结构内部荷载，在静定结构中，钢束预应力荷载只会引起结构的自由变形、仅在预应力单元产生内力，非预应力单元中不会产生内力和应力的变化。因为是内部荷载，与自重（地球施加）、二期（人为施加）的外部荷载不同，内部荷载对屈曲分析不产生影响。如果要考虑预应力荷载对结构屈曲的影响，需要采用梁单元预应力荷载法模拟预应力作用。Q12、 分析时提示预应力钢束没有张拉A12 在一般静力分析中，钢束布置形状允许出现一个断点，当出现两个或两个以上断点时，程序提示“*钢束分配的单元没有张拉”。在施工阶段分析时，钢束分配单元在施工阶段中必须全部激活，否则因为某个单元没有在施工阶段激活，预应力钢束无法布置，预应力荷载无法施加。Q13、 预应力损失计算A13 钢束预应力分为后张、先张、体外三种类型，不同的钢束类型需要计算不同的预应力损失计算，规范要求计算内容与程序提供的计算内容对比如下表所示短期损失长期损失瞬时损失规范要求计算的损失分项1-摩擦损失2-锚具变形损失3-钢筋与台座间温差损失4-弹性变形损失5-松弛损失6-收缩徐变损失7-张拉瞬时损失后张法是是-是是是否先张法-否是是是否体外束是是-是是是否注：“是”表示程序可以考虑，“否”表示程序目前不能考虑，“-”表示无须考虑的损失；1-摩擦损失：对于后张法为沿钢束长度方向均需考虑摩擦损失，而体外束，仅在钢束发生转弯的地方考虑摩擦损失（程序默认钢束线拐点为转弯点）；4-弹性变形损失：除规范要求的分批张拉引起的混凝土弹性变形而产生的预应力损失外，还可考虑预应力张拉后施加的其他荷载引起的混凝土变形而产生的预应力损失，因此弹性变形损失可能出现负值；张拉后施加的其他荷载包括收缩徐变效应。7-瞬时张拉损失：规范要求除常规的6项损失外，尚应考虑钢束与锚圈口之间的摩擦、台座弹性变形等因素引起的其他预应力损失，通常就是我们所说的张拉瞬时损失，该项损失通常在定义钢束预应力荷载时预先扣除。Q14、 钢束预应力进行施工阶段分析和一般静力分析得到的