高欣梅

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津300142)

Mi d a s板單元配筋程序的設計

高欣梅

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津300142)

Midas在鐵路橋梁特殊結構設計中應用廣泛,框構、連續(xù)剛構等模型常常采用其中的板單元建立,但由于板單元數(shù)據(jù)量大,且Midas不能提供鐵路容許應力法的配筋公式,計算完內(nèi)力后,手算配筋工作量大、計算復雜。歸納總結Midas輸入和輸出數(shù)據(jù)的關系,采用VB程序進行二次開發(fā),自動提取Midas的計算結果,按照鐵路現(xiàn)行容許應力配筋原理進行配筋,以圖形方式顯示配筋結果。使用后結果表明:本程序計算速度快,結果準確,有效提高了生產(chǎn)效率。

Midas板單元;二次開發(fā);容許應力法配筋

在鐵路橋梁特殊結構設計中,Midas Civil越來越受到橋梁工程師的認可和歡迎。其培訓手冊中提到當截面邊長大于梁軸長度的1/5時,剪切變形對結構內(nèi)力影響較大,這時應該采用板單元。所以在設計框構、連續(xù)剛構時,通常采用板單元建模。

在Midas中建立梁單元后可以按psc截面進行配筋設計,但是對板單元卻不能快速有效地配筋,而且鐵路橋梁結構的配筋采用容許應力法,Midas暫時還不支持鐵路設計的配筋計算,只有依靠設計人員從其后處理結果中提取內(nèi)力手算配筋,這種方法計算非常繁瑣,效率很低。

為此,本文在總結了某條鐵路沿線多個連續(xù)剛構配筋設計的基礎上,設計出一套快速配筋程序,實現(xiàn)了Midas板單元結構的自動配筋。

1 Midas接口數(shù)據(jù)整合

Midas模型建立后,可以生成mct文件,mct文件包括建模過程中所有的數(shù)據(jù)元素。根據(jù)這些數(shù)據(jù)元素不僅能夠按實際尺寸在CAD中繪制模型,而且可以提取單元材料和尺寸進行配筋計算。

1.1 mct文件格式

1.2 后處理的結果數(shù)據(jù)

建立的Midas模型計算完后,提取所有板單元單位長度的內(nèi)力,形成內(nèi)力表格的數(shù)據(jù)結構如圖1所示。

圖1 計算結果數(shù)據(jù)結構

1.3 數(shù)據(jù)的組合

將板單元分成僅受彎的梁板和受偏壓的柱板,在配筋計算時應該分開考慮,梁板單元按純彎配置縱筋,抗剪配置箍筋和斜筋,柱板單元按偏壓構件配筋,計算完后可以根據(jù)mct文件中的單元坐標位置,把配筋結果繪制在CAD圖中,具體流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)組合流程

2 容許應力配筋原理

2.1 梁板配筋

(1)主筋計算

求Ap1,Ap1的計算按照單筋矩形截面的平衡設計,以充分利用混凝土截面,各數(shù)據(jù)見圖3。

求Ap2和Ap

式中 M——截面所承受的彎矩;

M1——受壓區(qū)混凝土和相應的受拉鋼筋Ap1能承受的彎矩;

M2——受壓區(qū)鋼筋A′p及相應的受拉鋼筋Ap2能承受的彎矩;

n——鋼筋的彈性模量與混凝土的變形模量之比;

[σs]——鋼筋的容許應力;

[σb]——混凝土彎曲受壓及偏心受壓容許應力。

圖3 雙筋矩形截面內(nèi)力分解圖

(2)抗剪計算

板單元單位長度剪應力可按簡化公式 τ0= 1.5Vxx/bh計算,bh為板單元厚度,箍筋按構造配筋,設箍筋面積為Ak,間距為Sk,則其剪應力為

斜筋按剪應力圖(圖4)計算,其面積為

圖4 剪應力分配

圖4中,Ω0為斜筋承受的剪應力面積;Ω1為箍筋承受的剪應力面積。

2.2 柱板配筋

柱板按對稱筋布置,鋼筋面積采用試算法分別按大、小偏壓核算求得。

(1)小偏壓核算

式中 N——換算截面重心軸處的計算軸向壓力;

M——考慮縱向彎曲影響后的計算彎矩;

A0——換算截面積;

I0——換算截面積對其重心軸的慣性矩;

y1——換算截面積重心軸至受壓較大邊緣距離。

(2)大偏壓核算

式中 σh——混凝土受壓邊緣的最大壓應力;

N——換算截面重心軸處的計算軸向壓力;

e′——N至混凝土截面重心軸的距離;

Ap——受拉鋼筋面積;

x——受壓區(qū)高度;

a——Ap至截面邊緣距離;

b,h——截面短邊或長邊的邊長;

n——鋼筋的彈性模量與混凝土的變形模量之比。

3 程序的編制和使用

該程序采用VB語言進行編寫,Midas的后處理結果存在Excel中,程序自動讀取mct和Excel文件,配筋計算后在CAD圖中繪出鋼筋數(shù)量。圖5為某條線中一個(16+24+24+16)m的斜交剛構連續(xù)梁,采用Midas中的板單元建模計算內(nèi)力后,使用該程序繪制的配筋結果。

圖5 (16+24+24+16)m斜交剛構連續(xù)梁配筋

4 結語

(1)采用Midas板單元建立的框構、剛構連續(xù)梁模型,其輸入數(shù)據(jù)和輸出結果有規(guī)律可循,該程序利用這一規(guī)律有效地讀取了Midas數(shù)據(jù),結合鐵路容許應力配筋原理實現(xiàn)了板單元的自動配筋。

(2)板單元模型數(shù)據(jù)量大,手算配筋費時費力,該程序計算速度快,結果準確,提高了勞動效率,降低了勞動強度,其友好的界面,簡便的操作受到了設計人員的好評。(3)Midas在今后的特殊結構設計中的應用越來越廣泛,各專業(yè)人員可以利用其規(guī)則的輸入輸出格式進行二次開發(fā),更好地為本專業(yè)服務。

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Program Design for Reinforcing Bar Arrangement of M idas Plate Element

GAO Xin-mei
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China)

Midas plate element;secondary development;reinforcing bar arrangement with allowable stressmethod

U441

A

1004 -2954(2012)10 -0042 -04

2012 -06 -13

高欣梅(1982—),女,工程師,2004年畢業(yè)于西南交通大學,工學學士。

Abstract:Midas iswidely used in special structure design of railway bridges,and the models of frame bridges and continuous rigid frame bridges are usually established by plate element ofMidas.Because the huge data of plate elements and incapability of providing the formula for the calculation of reinforcing bar with railway allowable stress method,there is heavy manual workload after the calculation of internal force.By adopting VB program for secondary development,the paper summarizes the relationships between data input and output of Midas and extracts its calculation results automatically.Reinforcing bar arrangement is done in accordance with current railway allowable stress theory and its results are presented with diagrams.The application results of this program show that:this program improves production efficiency with its fast calculation speed and good accuracy.