5.5 正常使用极限状态验证

正常使用极限状态评估针对应力限制、裂缝宽度和挠度限值进行。混凝土和钢筋单元的应力校核方式与 ACI 318-19 规定的承载能力校核方式类似。

应力限制

对于 U 级和 T 级预应力构件，应验证使用荷载下允许的混凝土压应力。根据表 R24.5.2.1，对于假定已开裂的混凝土，不需要进行应力限制校核。用户需要在设计构件设置中设定预应力构件的等级。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 53\qquad Prestressed flexural member class selection}}}$$

ACI 318-19 第 24.5.4.1 条规定，承受瞬时荷载的构件的允许压应力为 0.6f_c'。设定 0.45f_c' 的压应力限值是为了降低预应力混凝土构件因反复荷载而破坏的概率。该限值同时也被认为可以合理防止过度徐变变形。在较高应力水平下，随着施加应力的增加，徐变应变往往增长得更快。

混凝土压应力通过以下比值来评估：由有限元正常使用极限状态分析得到的最大主压应力 f_c = σ_c2 与根据表 24.5.4.1 设定的限值之比。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 54\qquad Concrete compressive stress limits at service loads}}}$$

在软件中，预应力加持续荷载被视为长期组合，预应力加总荷载被视为短期组合。

挠度

根据所选组合类型（长期或短期），评估长期挠度或短期挠度。最大允许挠度值应由用户确定，并应符合 ACI 138-19 第 24.2 条的规定。 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 55\qquad Maximum allowable deflection value}}}$$

在软件中，可以分别显示恒荷载 Δ_DL 和活荷载 Δ_LL 产生的挠度，以及总挠度 Δ_Tot （恒荷载+活荷载），同时显示变形形状。

无法对被截断端部的挠度进行校核。

裂缝宽度

针对正常使用极限状态的短期或长期组合计算裂缝宽度和裂缝方向。由于 ACI 未直接规定裂缝宽度限值，用户须自行指定裂缝宽度限值 w_lim。

校核结果表示如下：

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

其中：

w         由有限元分析计算得到的短期或长期裂缝宽度，

w_lim     用户定义的裂缝宽度限值。

软件中使用的裂缝宽度计算方法（本文档中也有更详细的说明）符合 ACI 224R-01 的规定。因此，可以使用 ACI 224R-01 表 4.1 来确定裂缝宽度的限值。

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 56\qquad Reasonable crack widths for reinforced concrete under service load}}}$$

裂缝宽度的计算有两种方式（稳定开裂和非稳定开裂）。在一般情况下（稳定开裂），通过对钢筋一维单元上的应变进行积分来计算裂缝宽度。裂缝方向则根据距给定钢筋一维有限单元中心最近的三个二维混凝土单元积分点计算得出。虽然这种计算裂缝方向的方法并不对应裂缝的实际位置，但它仍能提供具有代表性的数值，从而得到可与规范要求的钢筋位置处裂缝宽度值进行比较的裂缝宽度结果。