不要在正常使用极限状态校核上浪费时间

根据 Eurocode 1990，涉及以下内容的极限状态：

• 结构或结构构件在正常使用下的功能；
• 人员的舒适性；
• 工程结构的外观；

应归类为正常使用极限状态（SLS）。这包括 变形、振动以及影响外观或耐久性的损伤，例如 裂缝。

换言之，这些极限状态校核并不仅限于结构构件的强度承载力，更关乎结构的整体耐久性以及人员的心理舒适感。

让我进一步说明。您会在哪里感到更舒适？是在一栋墙壁已经开裂、天花板或梁已经弯曲且状况可能随时间恶化的新建筑中？还是在墙壁光滑平整、楼板轻微挠曲几乎察觉不到的建筑中？我相信每个人都会选择第二种情况。这正是我们应当重视正常使用极限状态校核的原因。

然而，我们都知道结构工程师的时间十分宝贵，他们希望尽可能高效地完成设计。为此，我们在 IDEA StatiCa Detail 软件中开发了新功能，确保使用我们工具的工程师能够快速、经济、安全地完成设计与评估。

应力限制校核——不再那么受限

您有多少次遇到应力限制校核结果不满意的情况？就我而言，可以说是屡见不鲜。而且在大多数情况下，我早已知道这些结果可以忽略不计，因为其本质决定了这一点。

最典型的问题之一是应力峰值——通常出现在尖角处的奇异点。让我们来看看它是什么，以及为什么不将奇异点与应力集中混淆至关重要。

乍一看，您可能觉得两者没有区别。然而，它们之间确实存在差异，您应当始终对此保持清醒认识。因为归根结底，整体设计始终取决于负责任的工程师及其专业判断。

那么，什么是奇异点？结构工程师如何将其与应力集中区分开来？

应力奇异点是网格中应力不收敛于某一特定值的点，即理论上该奇异点处的应力值为无穷大。

通常出现在以下情况：

• 集中荷载作用点。
• 结构的尖角处。
• 点约束处。
• 接触体的角部。

当出现以下情况时，可以确认为奇异点：

• 单个网格单元内应力发生急剧变化。
• 网格某一节点处的应力值超过限值。
• 仅影响结构的局部小区域，不扩展至相邻单元。

过去在处理含奇异点的结构时，我知道在几乎所有情况下，基于上述原因这些奇异点都可以忽略，但如果想在所用软件中获得满意的校核结果，却无法做到这一点。这意味着我不得不以各种方式修改模型，耗费大量时间，或者可能需要提高材料等级或增加额外的钢筋。

这正是 Detail 软件凭借其新的限制应力校核功能大显身手之处。

让我们通过一个实际示例来了解该功能的工作原理。我们有一根带有截断端部和开洞的梁，荷载为线荷载与集中荷载的组合。运行分析后，可以看到混凝土的应力限制校核未通过，并附有所有必要信息。

经过仔细检查，可以清楚地看到前面描述的两种情况均已出现：梁顶部集中荷载承压板下方存在应力集中，开洞尖角处存在奇异点。

现在正是运用工程判断的时候！角部的奇异点在设计中毫无疑问可以忽略。但应力集中的小区域该如何处理？我应该怎么做？首先，可以打开网格显示，这有助于评估其影响范围。如果仍不明确，可以进入设置，将网格设置得更细，然后重新评估。

不过，在我们的案例中，应力集中区域非常小，一眼即可看出，因此从我的角度来看，将其排除在计算之外也是可以接受的。

而且操作相当简便！为此，我们开发了一项名为"限制校核"的功能。该功能允许您忽略不满足要求的区域。这意味着什么？

1. 承载比超过 100% 的红色区域将显示为白色，限制校核值在应力比情况下为 100%，或以 MPa 为单位的限制应力值。
2. 此外，在总体校核表中，带叉号的红色圆圈将变为带感叹号的黄色三角形，表示这是一个提示性事项，并附有详细描述的不符合项说明。
3. 锦上添花的是，您可以仅显示被忽略的区域，而构件其余部分保持白色显示。

完成建模并对设计满意后，所有选项均可纳入报告。这样您将拥有无懈可击的文档，足以消除任何质疑。

IDEA StatiCa 中的预应力结构

每位从事预应力混凝土结构设计的结构工程师都清楚，关注结构使用寿命的特定阶段至关重要，尤其是初始阶段和末期阶段。

这是因为没有任何预应力是恒定不变的。其值沿预应力钢束长度方向变化，而且随时间也会发生变化。显然，对预应力值（进而对钢束中应力）的精确评估，对结构的受力性能有着重要影响。

预应力的变化（预应力损失不一定表现为减小！）由多种因素引起，统称为预应力损失。是的，我使用了复数形式。预应力损失分为：

• 短期损失
• 长期损失

短期损失

短期损失通常发生在制造过程中。短期损失可由摩擦、锚固回缩、混凝土的瞬时弹性压缩、钢束松弛等因素引起。

长期损失

长期损失发生在施加预应力之后，可在结构整个使用寿命期间持续影响结构。长期损失的原因包括：徐变、收缩、长期松弛以及可变荷载作用引起的混凝土弹性应变。

并非难事。或者说，真的是吗？

考虑所有这些因素（这在设计中是必须的！）可能导致需要建立多个组合，以考虑各种预应力系数。

此时，IDEA StatiCa Detail 再次登场。借助名为正常使用极限状态校核长期损失的新功能，您无需建立大量组合，也无需在模型上耗费数小时，担心是否遗漏了什么。

您只需在 Detail 软件中设置一个组合，即可同时涵盖先张法和后张法钢束的短期效应和长期效应。

您是否迫不及待地想了解其工作原理？让我们一探究竟！

重要的是，为了了解应力限制校核并在 Detail 软件中获得短期和长期效应的结果，我们使用无限线性应力-应变图。

我们区分两个分支。一个用于短期效应，采用弹性模量 E_cm。另一个用于长期效应，其中钢束中的应力针对预应力和永久荷载按定义的长期损失值逐步折减，可变荷载增量则考虑 E_cm。

如何正确设置长期损失值？我们可以提供一些默认设置，但最终采用哪个值进行计算，仍取决于结构工程师的判断。

请注意，先张法钢束与后张法钢束的损失值有所不同。这是因为需要针对特定时间点设置损失值。请查阅Detail 中长期损失的实现一文，其中包含该主题的详细说明，更重要的是，介绍了在计算中设置长期损失估算值的适当时机。

如果您对 IDEA StatiCa 23.0 的更多新功能感兴趣（不仅限于混凝土，还包括钢结构或 BIM 链接），请访问我们的版本说明页面。 

IDEA StatiCa Detail 是解决混凝土细部及其他非连续区域问题的强大工具。请在我们的支持中心中了解更多功能，您还可以通过众多教程学习使用方法，在我们的网络研讨会中观看产品工程师的实操演示，或下载示例项目。

如果您刚开始使用本软件，或只是想提升技能，请查看我们的自学课程Campus 课程，选择最适合您需求的课程。

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