在 RCS 中预应力组合截面的设计

创建新项目 

首先，需要将新项目设置为一维分阶段/预应力/组合构件。

设计构件

在定义截面几何形状和钢筋布置后，需在施工阶段选项卡中定义时间轴。定义施工过程中所有重要的时间节点（例如：浇筑预制梁截面第一部分、施加预应力、浇筑组合板截面第二部分、附加恒载以及设计使用年限时间点）。已定义的施工阶段将自动传递至荷载阶段选项卡。

荷载阶段

从组合截面规范校核的角度来看，荷载阶段选项卡最为重要。定义由时变分析（TDA）计算得到的截面初始应力状态至关重要，因为两种不同混凝土交界面处的应力不连续性（应变平面偏移）可能决定极限状态下的破坏机制。

截面初始状态

组合截面的初始状态在"截面组件效应"表中设置。可选择两种定义初始状态的方式——内力和应变平面。使用第三方软件（Midas、SCIA 等）通过 TDA 计算得到的内力进行定义要简便得多。

"截面组件效应"表包含以下各项叠加的内力：

• 所考虑施工阶段中作用的所有永久荷载
• 预应力的总效应（有粘结和无粘结内部钢束的一次和二次效应、外部钢束的一次和二次效应）
• 流变效应（徐变、收缩）

大多数第三方软件（Midas、SCIA 等）以组合截面各部分的内力相对于所考虑截面部分重心的形式呈现（例如，预制梁中的弯矩相对于预制梁重心 C_g,1）。RCS 软件将内力关联至实际截面重心（功能区中的"实际"按钮）或最终组合截面重心 C_g,i（功能区中的"整体"按钮）。将第三方软件所得内力转换为 RCS 所需格式可按以下公式进行：

\[N_{i}^{T} = N_{i}\] 

\[M_{i}^{T} = M_{i}-N_{i}\times e_{i}\]

N_i^T  .   .   .   .   组合截面所考虑部分的轴力，已转换至理想化最终组合截面重心处

M_i^T .   .   .   .    组合截面所考虑部分的弯矩，已转换至理想化最终组合截面重心处

N_i     .   .   .   .    组合截面所考虑部分的轴力，相对于所考虑截面部分重心

M_i   .   .   .   .   组合截面所考虑部分的弯矩，相对于所考虑截面部分重心

注意：在重新计算内力时，保持下图所示的符号约定非常重要。

C_g,i  .   .   .   .   理想化组合截面的重心（考虑 E_cm(28)）

C_g,1 .   .   .   .   第一部分（预制梁，浅灰色部分）的重心

C_g,2 .   .   .   .   第二部分（组合板，深灰色部分）的重心

e_y,1 .   .   .   .   C_g,1 至 C_g,i 的距离

e_y,2 .   .   .   .   C_g,2 至 C_g,i 的距离

e_p   .   .   .   .   预应力钢筋重心至 C_g,i 的距离

内力 N1、My,1、N2 和 My,2 由在竖向荷载作用下的第三方软件组合结构模型中获得。为将内力正确输入 RCS 软件，需按以下方式进行换算：

 第一部分（预制梁）

\[N_{1}^{T} = N_{1}\] 

\[M_{y}^{T},_{1} = M_{y},_{1}-N_{1}\times e_{y},_{1}\]

N₁^T  .   .   .   .   预制梁中的轴力，已转换至理想化最终组合截面重心 C_g,I（压力取负值）

M_y,1^T  .   .   .   预制梁中的弯矩，已转换至理想化最终组合截面重心 C_g,i

N₁    .   .   .   .   预制梁中的轴力，相对于预制梁重心 C_g,1

M_y,1   .   .   .    预制梁中的弯矩，相对于预制梁重心 C_g,1

e_y,1 .   .   .   .   预制梁重心 C_g,1 至理想化最终组合截面重心 C_g,i 的距离（本例中偏心距取负值）

第二部分（组合板）

\[N_{2}^{T} = N_{2}\] 

\[M_{y}^{T},_{2} = M_{y},_{2}-N_{2}\times e_{y},_{2}\]

N₂^T  .   .   .   .   组合板中的轴力，已转换至理想化最终组合截面重心 C_g,i

M_y,2^T  .   .   .    组合板中的弯矩，已转换至理想化最终组合截面重心 C_g,i

N₂    .   .   .   .   组合板中的轴力，相对于组合板重心 C_g,2

M_y,2   .   .   .     组合板中的弯矩，相对于组合板重心 C_g,2

e_y,2   .   .   .   .   组合板重心 C_g,2 至理想化最终组合截面重心 C_g,i 的距离（本例中偏心距取正值）

通过此转换，可确定组合截面的总内力。

\[N=N_{1}^{T}+N_{2}^{T}\]

\[M_{y}=M_{y}^{T},_{1}+M_{y}^{T},_{2}\]

注意：水平方向作用内力的转换过程与上述相同。

钢筋应力

下一个重要步骤是确定普通钢筋和预应力钢束的初始应力。RCS 软件可自动计算普通钢筋中的应力，因此建议保持设置为"基于组件初始状态"。

若设计了预应力钢筋，则必须为所有已有施工阶段中的每根钢束定义应力值（见第2章）。RCS 软件允许定义由 TDA 计算得到的长期损失后钢束应力值（"长期损失后应力"），或定义估算的短期和长期损失（"预应力损失估算"）。

预应力总效应

RCS 软件识别两种预应力效应类型——预应力的一次效应和二次效应。两种类型均假定作用于最终组合截面。为捕捉预应力长期损失，需为每个施工阶段定义预应力效应。预应力一次效应根据钢束属性（截面中的位置、钢束面积以及所考虑施工阶段中钢束的应力）自动计算。10天时由一次预应力产生的内力计算如下：

\[N_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\]

\[M_{p}^{P},_{10}=A_{p}\times \sigma_{p},_{10}\times e_{p}\]

N_p,10^P  .   .   .   所考虑时刻（10天）截面中由有粘结预应力钢筋一次效应产生的轴力

M_p,10^P  .   .   .   所考虑时刻（10天）截面中由有粘结预应力钢筋一次效应产生的弯矩

A_p    .   .   .   .   有粘结预应力钢筋面积

σ_p,10     .   .   .   所考虑时刻（10天）预应力钢筋中的应力

e_p     .   .   .   .   预应力钢筋重心至理想化最终组合截面重心 C_g,i 的距离

预应力二次效应始终由用户定义。表中定义的内力包括：

• 无粘结或体外预应力钢筋的总效应（若用户在整体计算模型中定义了此类钢筋）。

上表中定义的一次效应与二次效应之和将自动复制至"内力"部分的表格中。必须仔细、正确地定义预应力，以避免计算结果错误。

内力

为正确进行组合截面的规范校核，还需执行最后几个步骤。在"截面"中，需为每个应进行规范校核的时刻定义"极值"。所定义的极值时刻必须与"施工阶段"（第2章）中定义的时刻相对应。这样，截面初始状态计算所需的正确内力值将从"荷载阶段"选项卡中提取。

其他类型的作用内力须在"内力"选项卡中定义。内力针对每个极值分别定义。

永久荷载

名为"永久荷载总和 G_dj"的行用于输入所考虑施工阶段中作用的永久荷载组合值（含荷载分项系数）。

永久内力可手动定义，也可通过功能区中的命令从"荷载阶段"导入。从"荷载阶段"导入承载能力极限状态内力时，用户可设置永久荷载的荷载分项系数。

从"荷载阶段"导入永久内力时，适用以下规则：

• 承载能力极限状态校核的内力组合值计算为

永久荷载总和 = （截面初始效应 – 预应力总效应）·γ_Gj,sup

• 正常使用极限状态校核的内力组合值计算为

永久荷载总和 = 截面初始效应 – 预应力总效应

可变荷载

由可变荷载产生的内力结果值（含组合荷载分项系数）由用户手动定义。这些值通常从整体结构分析中获得。

预应力效应

预应力总效应从"荷载阶段"选项卡自动导入，为"预应力总效应"选项卡（第3.3章）中定义的预应力一次效应与二次效应之和。这些值不可由用户编辑。