pkpm弹性时程分析计算书怎么出？

前言：

这是去年年底开展的一个项目，该工程位于东北地区，结构119m不设缝，严寒地区+超长结构，因此做了一个温度荷载的计算。

其实现在温度应力的计算其实也并没有一个很详细的数值计算方法，跟地震效应一样应该属于估算范畴（或许我们可以参照“地震艺术”的说法给温度效应起个“降温艺术”的名字？），因此这篇文章中我也暂不着重于各种参数的精确计算，仅从概念角度来做一个分析过程的介绍。这个过程中有很多问题并没有深入研究，这些问题我会作为基本假定和相关思考写在文章的最后一部分。

本工程中考虑温度效应的主要思路如下：楼板采用0.25%双层双向构造配筋，在Midas中计算楼板的温度应力，并把温度应力产生的配筋作为附加筋加入楼板钢筋中。这是一种比较简单的解决方案，实际上应该将温度荷载作为一个工况参与荷载组合来配筋，但这种做法比较繁琐，在设计周期紧张的情况下不容易考虑的那么周全，而且温度应力计算其实还是更偏向概念设计的范畴，因此就不做那么深入的研究了。这篇文章中主要关注降温温差的计算和Midas软件中的实现。

老规矩，先给出计算表格的最终形态：

第一部分：降温温差的计算

1.1降温温差的计算方法

在结构降温中，我们需要计算的降温温差ΔT共有两个部分：

第一部分为结构的环境ΔT1温差，这部分的计算我们参考《荷载规范》中的计算公式计算：

第二部分为混凝土的收缩位移当量，这部分我们先计算T时刻的混凝土收缩位移，再除以线膨胀系数，等效为结构的降温温差ΔT2。

由于混凝土收缩位移的计算方法很多，也有众多学者做了大量的研究，因此我这里只选择了两种计算方法进行对比，第一种是王铁梦教授方法，这一部分参考了中国建筑科学研究院有限公司编著的《结构设计统一技术措施》（2018）中提供的计算方法，第二种是《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTG3362-2018）附录C中的计算方法。

综上所述，降温温差ΔT的计算公式为：

1.2环境温差ΔT1

表格中：

合拢温度——浇筑后浇带时的温度，我们认为结构的合拢温度就是结构的初始温度

考虑误差——在计算最高和最低初始平均温度时的温度

使用温度——结构在平时使用时的最低、最高温度，这里我们按东北地区冬季集中供暖的18度室温和夏季有空调时的26度室温考虑

最大升温和最大降温的公式如下：

1.3混凝土收缩当量——王铁梦教授方法

该计算方法来自中国建筑科学研究院有限公司编著的《结构设计统一技术措施》（2018）

表中：

——计算砼最大收缩应变

的相关参数，基本都是查表得出，具体详见《统一措施》

需要说明的是M8中，由于地下室墙体单面临空，因此水力半径按一半周长计算

——系数M的连乘

——标准状态下砼最大收缩应变，取3.24e-4

——砼龄期，随着时间的增长，混凝土收缩当量会减小，温度效应会减弱，一般取120天或180天

1.4《公路砼规》方法

《公路砼规》附录C：

计算表格如下：

经过几组数据的实验，两种方法的计算差异还是比较大的，我猜想原因可能是因为道桥和建筑的结构构件形状尺寸差异较大，而且从公式中修正系数的关注点也不尽相同。不知道哪位工程师对这个问题有所研究？请帮我解惑一下。。

从结果看王铁梦公式的计算结果更符合直觉，因此我们下面的计算均取该方法的计算结果计算。

1.5各楼层降温温差的计算

（20190214勘误：根据@bali同学提醒，屋顶板的使用温度应该是（-32+18）/2＝-7度）

按建筑中地下室墙体、地下室顶板、地上楼面板、屋面板分别计算各部分的降温温差

表中：

Tsmin——地下墙体考虑地下室无供暖，按室温4度；地下室顶板考虑4度和室温18度平均，按11度；屋顶板取室外最低温度-32度和室温18度平均，按-25度

配筋率——均按0.25%双层双向配筋

构件类型——地下室墙体按单面降温计算

徐变系数——考虑混凝土的应力松弛，取0.3

刚度退化——考虑混凝土刚度退化，取0.85

第二部分：Midas软件实现

2.1建模相关

建模是直接导入的，导入过程很复杂

PKPM导YJK，在YJK里改成全楼弹性板6，再导成Midas。。

这样的好处就在于省的自己在Midas里划分网格了

2.2温度荷载工况

2.3温度荷载输入

简单的输入单元温度即可，系统温度是整个工程的升降温，节点温度适用于整个工程不均匀升降温的情况

地上屋面板

地上楼面板

地下室顶板

地下室外墙

2.4计算结果

位移计算结果：

地下室顶板X方向板单元轴方向应力：

300厚板区域局部放大：

可以发现厚板区应力基本在2~3MPa之间，局部会到3.8MPa左右

180厚板区域局部放大：

可以发现薄板区应力基本在1.5~3MPa之间，局部3.6MPa

2.5温度钢筋计算

砼抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2，钢筋抗拉强度设计值fy=360N/mm2

板厚=300mm，板应力=3.0MPa时：

板厚=180mm，板应力=2.6MPa时：

式中：

1.4为温度荷载组合分项系数

0.6为温度荷载的组合值系数

As为板的单层温度钢筋配筋量

2.6配筋方法

计算出了温度钢筋，我们就可以先选好楼板的通长钢筋，再选择支座或跨中的附加钢筋，需要注意的是：

没有温度钢筋的情况下：

有温度钢筋的情况下：

编写配筋表如下：

第三部分：相关思考

1、首先是混凝土收缩当量的计算，前文中已经说明，收缩当量的计算方法有很多，其中王铁梦教授的方法应该说是比较实用的，但是也有很多研究表示王铁梦公式计算出的收缩当量比实验值要小，另外我国的公路砼规、美国规范、欧洲规范、日本规范也各有各的算法，这些算法中究竟哪个更符合实际情况？作为工程师想要深入研究还是感觉力不从心，就留给科研人员头疼吧。

2、在计算屋面温度时，我采用的是室内外温差取平均的方法，这个方法其实在有外保温做法的情况下是偏保守了一点，实际情况应该会与这个假定有所不同。

3、在计算地下室外墙的温度时，我只考虑了临空面的降温，临土面的温度并未考虑，这是因为我确实没有找到气温和土壤温度关系的相关资料，我也询问了一些同学同事，多数表示地下室外墙并没有考虑环境温度的影响，不知道有没有熟悉这方面的工程师有可以学习的资料。

4、该工程基础的边界条件设为全固接，但实际上基础对地下室外墙的嵌固作用并非完全固定，而是也会有变形发生，理论上设为弹性连接更为准确，但由于缺乏弹性连接的设置参数，因此还是暂定为全固接，实际情况应该会优于现在的计算结果。