TD-温度荷载-梁截面温度设置

midasCivil技术资料----温度荷载-梁截面温度设置目录midasCivil技术资料1----温度荷载-梁截面温度设置11概述22梁截面温度设置23梁截面温度设置举例33.1预应力混凝土箱梁温度梯度输入（一般截面）33.2预应力混凝土箱梁温度梯度输入（PSC/组合截面）53.2联合截面-梁截面温度设置64梁截面温度计算结果对比75总结10参考文献12北京迈达斯技术有限公司桥梁部2013/04/22midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）21概述midasCivil模拟截面内部温度变化而引起的效应有两种方式：温度梯度和梁截面温度。可沿截面高度和宽度方向分段输入温度。温度梯度适用：1、截面温度呈线性变化；2、截面材料特性（弹性模量、热膨胀系数）无变化，即单一材料。梁截面温度适用：1、截面温度呈非线性变化，如图1-1所示的钢混叠合梁、预应力混凝土箱型梁等。2、截面内材料特性（弹性模量、热膨胀系数）发生变化，如组合截面。a)实际的温度分布b)简化的温度分布图1-1温度分布示意图2梁截面温度设置执行命令：荷载温度荷载梁截面温度。如图2-1。定义梁截面温度梯度荷载工况，因其在成桥阶段考虑，故，荷载组可不设置。在“截面类型”中，可以选择“一般截面”或“PSC/组合”：1）选择“一般截面”，需自定义输入B值和H值以及相应的温度数据，根据B值或H值变化，可分割多个温度点输入，如图2-1a、b。定义沿截面宽度方向的温度时，B值相当于定义沿高度方向变化时的H值，H值相当于定义沿高度方向的B值。两者定义方式类似，故本文只介绍沿截面高度方向的梁截面温度设置。2）选择“PSC/组合”后，选择“截面”，程序将自动考虑截面宽度B值，也可自定义输入B值，如图2-1c、d。温度变化点的位置H1、H2和对应温度值T1、T2，需根据设计情况进行输入。midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）3a)一般截面（高度）b)一般截面（宽度）c)PSC/组合截面（自动）d)PSC/组合截面（手动）图2-1梁截面温度定义关于“一般截面”和“PSC/组合”适用范围，详见本文5.2所述。“梁截面温度”可定义沿梁高或梁宽方向的温度变化，可用多段（最多5段）线性温度输入，每段需输入的参数包括B、H1、T1、H2、T2（如图2-1），每输入一段后点击“添加”，再继续输入下一段，完成后选择适用单元，点击“适用”，完成设置。3梁截面温度设置举例3.1预应力混凝土箱梁温度梯度输入（一般截面）某预应力钢筋混凝土截面图3-1所示，桥面铺装为100mm沥青混凝土铺装层。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10规定：计算桥梁结构由于梯度温度引起的效应时，可采用图3-2所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度T1规定见表3-1。对混凝土结构，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100（mm）；梁高H等于或大于400mm时，A=300mm。对带混凝土桥面板的钢结构，A=300mm，图3-2中的t为混凝土桥面板的厚度(mm)。混凝土上部结构和带混凝土桥面板的钢结构的竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）4图3-1截面尺寸和温度梯度（单位：cm，℃）图3-2竖向梯度温度（单位：mm）表3-1竖向日照正温差计算的温度基数本例采用100mm沥青混凝土铺装层。因此，温度升温时，此例中T1=14，T2=5.5；温度降温时，此例中T1=-7，T2=-2.75。用“一般截面”类型定义非线性温度梯度，以箱梁顶面为基准，本例的温度梯度数据定义为4段折线如下：升温输入（如图3-2）：1）B=2.4，H1=0，H2=0.1，T1=14，T2=5.52）B=2.4，H1=0.1，H2=0.16，T1=5.5，T2=4.43）B=0.8，H1=0.16，H2=0.25，T1=4.4，T2=2.754）B=0.2，H1=0.25，H2=0.4，T1=2.75，T2=0降温输入（如图3-3）：1）B=2.4，H1=0，H2=0.1，T1=-7，T2=-2.752）B=2.4，H1=0.1，H2=0.16，T1=-2.75，T2=-2.23）B=0.8，H1=0.16，H2=0.25，T1=-2.2，T2=-1.3754）B=0.2，H1=0.25，H2=0.4，T1=-1.375，T2=0midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）5图3-2截面升温图3-3截面降温3.2预应力混凝土箱梁温度梯度输入（PSC/组合截面）上例的截面为“设计截面”类型，所以也可用“PSC/组合”类型定义其梁截面温度。此时，温度荷载实际作用宽度B可以自动取值（选择“截面”），但是温度变化点的参考位置和对应温度值还必须手工输入。在两个温度变化点之间，程序将截面沿高度自动将按0.1m的高度分割后，自动输入内插的温度值。所以，此处仅输入两组数据即可（上例输入四组数据是因为B点变化）。本例的温度梯度数据定义为2段折线如下：升温输入（如图3-4）：1）B=“截面”，H1=0，H2=0.1，T1=14，T2=5.52）B=“截面”，H1=0.1，H2=0.4，T1=5.5，T2=0升温输入（如图3-5）：1）B=“截面”，H1=0，H2=0.1，T1=-7，T2=-2.752）B=“截面”，H1=0.1，H2=0.4，T1=-2.75，T2=0midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）6图3-4截面升温图3-5截面降温图3-6和图3-7为选用“一般截面”与“PSC/组合”后的结果比较。该模型为简支梁，24个单元，采用图3-1所示截面。在定义梁截面温度时，1to12单元选用“一般截面”类型，13to24选用“PSC/组合”类型。分别查看梁截面升温工况和降温工况下的应力图，如图3-6和图3-7，两者结果一致。图3-6升温采用两种不同截面类型定义时结果应力比较（MPa）图3-6降温采用两种不同截面类型定义时结果应力比较（MPa）3.2联合截面-梁截面温度设置使用梁截面温度梯度功能定义组合截面的温度梯度，并通过用户定义材料特性的方法，定义不同作用区域的材料特性。midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）7联合截面施加非线性温度梯度荷载时，如考虑材料的变化，必须在定义“梁截面温度”荷载时选择“用户定义”材料并赋值。图3-7为一个联合截面的定义数据，图中的t值为混凝土桥面板的厚度。图3-7联合截面数据桥面为100mm厚沥青混凝土铺装，用“PSC/组合”类型，用户自定义材料，截面偏心为顶对齐，梁截面温度梯度数据为：1）B=“截面”，H1=0，H2=0.1，T1=14，T2=5.5，材料按“用户定义”，即混凝土；2）B=“截面”，H1=0.1，H2=0.2，T1=5.5，T2=3.67，材料按“用户定义”，即混凝土；3）B=“截面”，H1=0.2，H2=1.24，T1=3.67，T2=3.67，材料按“用户定义”，即钢材。4梁截面温度计算结果对比定义的梁截面温度数据如图3-2和3-3。升温和降温工况下，不同截面位置的应力如图4-1到4-4所示。midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）8图4-1梁截面升温时截面顶面应力（MPa）图4-2梁截面升温时截面底面应力（MPa）图4-3梁截面降温时截面顶面应力（MPa）midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）9图4-4梁截面降温时截面底面应力（MPa）根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）附录B：温差作用效应计算公式。我们对比Civil与规范的计算结果。由附录式B-1～B-3，温度内力为：正温差应力为：41tyyccNAtE000tttyccNMytEAI401tyyyccMAteE式中，=0.00001，43.4510caEMP，0.345cE，yt为单元面积yA内温度梯度平均值。反温差应力将yt取负值代入上式，按规范附录式B-3计算。温度梯度截面内力计算见表4-1，截面应力计算见表4-2，可见，利用Civil计算与规范的计算结果一致。表4-1温度梯度截面内力计算编号0()ytC单元面积2()yAmmyA重心到换算截面重心距离()yemm19.75240000624.5824.95144000544.5833.7872000480.8341.3830000349.584141=1161.39kNtyyccNAtE401tyyyccMAteE=-688.3kN·mmidasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）10表4-2截面计算点正、反温差应力计算计算点iy（mm）tN（kN）otM(kNm)截面几何特性0tNA(MPa)00tiMyI(MPa)'ityycctE(MPa)正温差(MPa)负温差(MPa)计算值程序值计算值程序值顶：674.581161.39-688.300.896A2()m00.4375I4()m-1.30-1.064.832.47-2.47-1.261.24c-c：424.58-0.670.95-1.021.010.49-0.51b-b：000-1.31.290.64-0.65a-a：-925.421.4600.16-0.17-0.080.09底：-1325.422.0900.79-0.80-0.390.40注：理论计算值中拉应力为负，压应力为正；程序计算值中拉应力为正，压应力为负5总结1、简单的截面数据输入问题。如：B值，应注意该宽度一定要扣除空心部分截面宽度；H值，以顶板开始为为零点，而不计入铺装层厚度；其它一些参数的准确输入，方向、参考位置等。2、一些需要引起注意的地方，如：1）初始温度t0。如图5-1，Civil中有5处定义温度荷载，只有“温度梯度”荷载定义时是输入温差△t，其余都输入绝对温度T。输入绝对温度时，程序根据“结构类型”中定义的“初始温度”自动计算温差。故我们建议“初始温度”定义为0，这样无论定义哪种荷载都只需输入温差即可，而不必考虑输入的是绝对温度还是温差，以免用户不明其由而出错。那么，初始温度t0程序到底是怎么使用的呢？其实，很简单，假设初始温度为t0，定义温度荷载时，输入的温度值加上初始温度t0即可，此时就是绝对温度了。图5-1midasCivil技术资料温度荷载-梁截面温度设置北京迈达斯技术有限公司桥梁部李真兴（编）唐晓东（核）112）对有横坡的截面的模拟方法，可以将截面由上至下细分为几个阶段（但不应超过5段）分别输入截面平均宽度和温度。3）“一般截面”支持所有截面，需自定义输入B值，故常适用于截面宽度变化规律的截面，如矩形截面等；“PSC/组合”支持设计截面、SPC生成的截面（设计用数值截面除外）、SPC生成的组合截面和联合截面，选择“截面”自动赋予B值，对截面宽度变化不规律的截面，如箱型、空心板和两种材料的组合截面、联合截面等比较适用。SPC生成的截面，除联合截面外，不能选择“PSC/组合”类型，否则程序计算的梁截面温度产生的应力为零，导致程序中所有与该分项应力有关的结果不准确。3、后处理结果查看需注意截面的10个应力点坐标是否与想查看的位置一致，这10个应力点分别为截面特性值中的4个应力点和剪切验算位置确定的6个应力点，如图5-2。例如：对于有横坡的截面，图5-3，最大应力往往发生在梁顶中心，而上述10个应力点位置并不包括此点，故需在“截面管理