Mi d a s板单元配筋程序的设计

高欣梅

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)

Mi d a s板单元配筋程序的设计

高欣梅

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)

Midas在铁路桥梁特殊结构设计中应用广泛,框构、连续刚构等模型常常采用其中的板单元建立,但由于板单元数据量大,且Midas不能提供铁路容许应力法的配筋公式,计算完内力后,手算配筋工作量大、计算复杂。归纳总结Midas输入和输出数据的关系,采用VB程序进行二次开发,自动提取Midas的计算结果,按照铁路现行容许应力配筋原理进行配筋,以图形方式显示配筋结果。使用后结果表明:本程序计算速度快,结果准确,有效提高了生产效率。

Midas板单元;二次开发;容许应力法配筋

在铁路桥梁特殊结构设计中,Midas Civil越来越受到桥梁工程师的认可和欢迎。其培训手册中提到当截面边长大于梁轴长度的1/5时,剪切变形对结构内力影响较大,这时应该采用板单元。所以在设计框构、连续刚构时,通常采用板单元建模。

在Midas中建立梁单元后可以按psc截面进行配筋设计,但是对板单元却不能快速有效地配筋,而且铁路桥梁结构的配筋采用容许应力法,Midas暂时还不支持铁路设计的配筋计算,只有依靠设计人员从其后处理结果中提取内力手算配筋,这种方法计算非常繁琐,效率很低。

为此,本文在总结了某条铁路沿线多个连续刚构配筋设计的基础上,设计出一套快速配筋程序,实现了Midas板单元结构的自动配筋。

1 Midas接口数据整合

Midas模型建立后,可以生成mct文件,mct文件包括建模过程中所有的数据元素。根据这些数据元素不仅能够按实际尺寸在CAD中绘制模型,而且可以提取单元材料和尺寸进行配筋计算。

1.1 mct文件格式

1.2 后处理的结果数据

建立的Midas模型计算完后,提取所有板单元单位长度的内力,形成内力表格的数据结构如图1所示。

图1 计算结果数据结构

1.3 数据的组合

将板单元分成仅受弯的梁板和受偏压的柱板,在配筋计算时应该分开考虑,梁板单元按纯弯配置纵筋,抗剪配置箍筋和斜筋,柱板单元按偏压构件配筋,计算完后可以根据mct文件中的单元坐标位置,把配筋结果绘制在CAD图中,具体流程见图2。

图2 数据组合流程

2 容许应力配筋原理

2.1 梁板配筋

(1)主筋计算

求Ap1,Ap1的计算按照单筋矩形截面的平衡设计,以充分利用混凝土截面,各数据见图3。

求Ap2和Ap

式中 M——截面所承受的弯矩;

M1——受压区混凝土和相应的受拉钢筋Ap1能承受的弯矩;

M2——受压区钢筋A′p及相应的受拉钢筋Ap2能承受的弯矩;

n——钢筋的弹性模量与混凝土的变形模量之比;

[σs]——钢筋的容许应力;

[σb]——混凝土弯曲受压及偏心受压容许应力。

图3 双筋矩形截面内力分解图

(2)抗剪计算

板单元单位长度剪应力可按简化公式 τ0= 1.5Vxx/bh计算,bh为板单元厚度,箍筋按构造配筋,设箍筋面积为Ak,间距为Sk,则其剪应力为

斜筋按剪应力图(图4)计算,其面积为

图4 剪应力分配

图4中,Ω0为斜筋承受的剪应力面积;Ω1为箍筋承受的剪应力面积。

2.2 柱板配筋

柱板按对称筋布置,钢筋面积采用试算法分别按大、小偏压核算求得。

(1)小偏压核算

式中 N——换算截面重心轴处的计算轴向压力;

M——考虑纵向弯曲影响后的计算弯矩;

A0——换算截面积;

I0——换算截面积对其重心轴的惯性矩;

y1——换算截面积重心轴至受压较大边缘距离。

(2)大偏压核算

式中 σh——混凝土受压边缘的最大压应力;

N——换算截面重心轴处的计算轴向压力;

e′——N至混凝土截面重心轴的距离;

Ap——受拉钢筋面积;

x——受压区高度;

a——Ap至截面边缘距离;

b,h——截面短边或长边的边长;

n——钢筋的弹性模量与混凝土的变形模量之比。

3 程序的编制和使用

该程序采用VB语言进行编写,Midas的后处理结果存在Excel中,程序自动读取mct和Excel文件,配筋计算后在CAD图中绘出钢筋数量。图5为某条线中一个(16+24+24+16)m的斜交刚构连续梁,采用Midas中的板单元建模计算内力后,使用该程序绘制的配筋结果。

图5 (16+24+24+16)m斜交刚构连续梁配筋

4 结语

(1)采用Midas板单元建立的框构、刚构连续梁模型,其输入数据和输出结果有规律可循,该程序利用这一规律有效地读取了Midas数据,结合铁路容许应力配筋原理实现了板单元的自动配筋。

(2)板单元模型数据量大,手算配筋费时费力,该程序计算速度快,结果准确,提高了劳动效率,降低了劳动强度,其友好的界面,简便的操作受到了设计人员的好评。(3)Midas在今后的特殊结构设计中的应用越来越广泛,各专业人员可以利用其规则的输入输出格式进行二次开发,更好地为本专业服务。

[1] 中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范[S].北京:中国铁道出版社,2005.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10002.3—99 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京:中国铁道出版社,1999.

[3] 邱顺冬.桥梁工程软件midas Civil常见问题解答[M].北京:人民交通出版社,2010.

[4] 张帆,郑立楷,卢择临.AutoCAD VBA二次开发教程[M].北京:清华大学出版社,2006.

[5] 伍远高.Excel VBA开发技术大全[M].北京:清华大学出版社,2009.

[6] 龚沛曾,杨志强,陆慰民.Visual Basic程序设计教程[M].北京:高等教育出版社,2007.

[7] 邱顺冬.桥梁工程软件midas Civil应用工程实例[M].北京:人民交通出版社,2011.

[8] 曾洪飞,张帆,卢择临.AutoCAD VBA&VB.NET开发基础与实例教程[M].北京:中国电力出版社,2008.

[9] (美)沃肯贝奇,Excel 2007宝典[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[10]王昌兴.MIDAS/Gen应用实例教程及疑难解答[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

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,工程师,2004年毕业于西南交通大学,工学学士。

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.