20m预应力混凝土空心板正边板结构安全验算书.docx

20m预应力混凝土空心板（正边板）

------结构安全验算书

规范标准：公桥规 JTG D60-2004
公桥规 JTG D62-2004
计 算：
复 核：
审 核：

2007年10月8日
目 录

1. 概 述

2. 计算依据及参考

7、钢束信息输出

8、成桥结构位移

9、荷载短期效应组合长期挠度与预拱度设置

20米空心板验算

1 概述
采用上海同豪土木公司所开发的桥梁结构计算软件（桥梁博士）计算分析。以新规范JTG D60-2004和JTG D62-2004为标准并参考大量同类计算资料加以分析，综合考虑以确定各参数的输入。

2 计算依据及参考
《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D60-2004
《公路桥涵设计规范》JTJ023-85
3 计算过程
跨径：20m，计算跨径：19.2m；
设计荷载：公路I级；
桥面布置：0.5m（防撞护栏）+1.25m（人行道）+8.5m（行车道）+1.0m（中间带）+8.5m（行车道）+1.25m（人行道）+0.5m（防撞护栏）
材料：
预应力钢筋：1 x 7钢绞线，直径15.2mm，强度标准值1860MPa，强度设计值1260MPa，控制张拉应力MPa。弹性模量 MPa。
普通钢筋HRB335：强度标准值335MPa，强度设计值280MPa，弹性模量 MPa。
混凝土C50：抗压强度标准值32.4MPa，设计值22.4MPa，弹性模量 MPa，抗拉强度标准值2.65MPa，设计值1.83MPa。
3.2结构单元的划分及模型的建立结构
为了保证结构计算的准确性及分析的方便，本结构单元划分长度为5.8cm---70cm不等，整个结构共分50个单元，坐标原点建在结构跨中的顶面上，沿跨径方向为x轴方向（向右为正），垂直于板顶面方向为y轴方向（向上为正）。以下为结构计算单元划分示意图：

支点附近空心板截面（1#截面）：

跨中附近空心板截面（2#截面）：

本验算书以支点截面、1/8截面、1/4截面、跨中截面为全桥验算截面，分别对应4#，10#，16#，26#截面
4 第一施工阶段
4.1 控制截面几何特征信息
单元号
节点号
截面抗弯
截面面积
截面高度
中性轴高
惯矩（m4)
（m2）
（m）
（m）
4
4
7.75833E-02
0.79212
0.9
0.460
10
10
6.94675E-02
0.61482
0.9
0.477
16
16
6.89893E-02
0.61482
0.9
0.479
26
26
6.89893E-02
0.61482
0.9
0.479
4.2 桥梁博士计算时，主要的控制参数：
4.4.1 项目总体信息的输入
计算类别：全桥结构安全演算
相对湿度：0.8
计算内容：计算预应力、计算收缩、计算徐变、计算活载
结构重要性系数：1.1
规范：中交04规范
4.4.2 单元特征信息的输入
1~5与46~50单元用1#截面，7~44单元使用2#截面，6与45单元为过度单元。
1与50单元为钢筋混凝土单元，2~49单元为预应力混凝土单元。 所有单元都为桥面单元。
自重系数：1.05
混凝土：C50中交新混凝土
4.4.3预应力束信息输入
每块板有4束预应力钢束，为2N1与2N2
钢束钢质：中交新预应力筋----270K级钢绞线（15.24）
钢束编束根数：5根
弹性回缩合计总变形（mm）：12
张拉控制应力（MPa）：1395
N1成孔面积（mm2）：3849 N2成孔面积（mm2）：3849
成孔方式：预埋波纹管
张拉方式：两端张拉
4.4.4施工阶段信息输入
第一阶段：安装单元（杆件）1#~50#，并张拉预应力钢束
第二阶段：施加二期恒载及施工临时荷载
第三阶段：十年收缩徐变
4.4.5使用阶段信息输入
非线性温度1与非线系温度2的输入根据规范输入
活载：公路Ⅰ级，车道荷载，不计挂车荷载，人群集度：3.0kN / m2
横向分布调整系数的确定：
经计算比较，杠杆法所计算出的数据比较偏于安全。
人行道 分隔带 车行道 中央分隔带 车行道 分隔带 人行道

1.750 1.000 7.500 0.500 0.500 7.500 1.000 1.750

左车道数 = 2, 右车道数 = 2, 不计车道折减

汽车等级: 汽车超-20级
挂车等级: 无挂车荷载
人群集度: 3.000 KPa

影响线数值:
坐标X
1#梁 2#梁 3#梁 4#梁 5#梁 6#梁 7#梁 8#梁
0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.490 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2.980 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 4.470 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5.960 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 7.450 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000
8.940 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 10.430 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 11.920 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 13.410 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 14.900 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
16.390 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
17.880 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 19.370 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

9#梁 10#梁 11#梁 12#梁 13#梁 14#梁
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.000

横向分布系数计算结果:

梁号 汽车 挂车 人群 满人 特载 车列
1 0.000 0.000 1.194 0.744 0.000 0.000
2 0.265 0.000 0.146 0.994 0.000 0.000
3 0.499 0.000 0.000 0.959 0.000 0.000
4 0.564 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
5 0.564 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
6 0.494 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
7 0.403 0.000 0.000 1.478 0.000 0.000
8 0.408 0.000 0.000 0.692 0.000 0.000
9 0.499 0.000 0.000 1.245 0.000 0.000
10 0.564 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
11 0.564 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
12 0.494 0.000 0.000 1.489 0.000 0.000
13 0.260 0.000 0.144 1.346 0.000 0.000
14 0.000 0.000 1.193 3.391 0.000 0.000

中板横向分布调整系数：
Q=1.1x0.67x1.194=0.88
R=0
根据实际情况及偏于结构安全考虑：所以Q取0.88，R取0.1
其中：0.67为四车道折减系数；1.1为结构安全重要性系数
冲击系数：0.3（按旧规范取）

第一施工阶段控制截面累计内力

单元号
节点号
阶段累计效应
弯矩(KN.m)
剪力(kN)
轴力(KN)
4
4
137
-308
3.26E+03
10
10
-406
-63.7
3.30E+03
16
16
-477
74.7
3.33E+03
26
26
-306
1.55E-09
3.36E+03
本阶段结构累计内力图 ：
弯矩图

剪力图

轴力图

第一阶段施工组合应力

单
节
施工阶段应力验算(Mpa)
元
点
应力
上缘最大
上缘最小
下缘最大
下缘最小
最大主
最大主
号
号

正应力
正应力
正应力
正应力
压应力
拉应力
4
4
应力
4.75
4.75
3.26
3.26
4.75
-0.132
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
5
应力
4.53
4.53
3.48
3.48
4.53
-0.133
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
10
10
应力
2.82
2.82
7.93
7.93
7.93
-1.2E-02
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
11
应力
2.73
2.73
8.03
8.03
8.03
-1.33E-02
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
16
16
应力
2.45
2.45
8.48
8.48
8.48
-1.69E-02
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
17
应力
2.59
2.59
8.35
8.35
8.35
-1.44E-02
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
26
26
应力
3.5
3.5
7.38
7.38
7.38
0
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
27
应力
3.49
3.49
7.38
7.38
7.38
-1.59E-04
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是

下缘应力

施工阶段支反力
节点号
水平力(KN)
竖向力(KN)
弯矩(KN.m)
4
4.56E-10
160
0
48
0
160
0

1、阶段截面几何特征信息

单元号
节点号
截面抗弯
截面面积
截面高度
中性轴高
惯矩（m4)
（m2）
（m）
（m）
4
4
7.91315E-02
0.823342
0.9
0.462
10
10
7.15678E-02
0.646042
0.9
0.466
16
16
7.20229E-02
0.646042
0.9
0.464
26
26
7.20229E-02
0.646042
0.9
0.464

2、第二阶段控制截面累计内力

单元号
节点号
阶段累计效应
弯矩(KN.m)
剪力(kN)
轴力(KN)
4
4
136
-173
3.24E+03
10
10
-107
51.4
3.28E+03
16
16
73.2
171
3.32E+03
26
26
587
-8.5E-06
3.36E+03

本阶段结构累计内力图

弯矩图

剪力图

轴力图

第二阶段施工组合应力

单
节
施工阶段应力验算(Mpa)
元
点
应力
上缘最大
上缘最小
下缘最大
下缘最小
最大主
最大主
号
号

正应力
正应力
正应力
正应力
压应力
拉应力
4
4
应力
4.68
4.68
3.24
3.24
4.68
-4.25E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
5
应力
4.56
4.56
3.36
3.36
4.56
-4.4E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
10
10
应力
4.5
4.5
5.96
5.96
5.96
-8.29E-3
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
11
应力
4.57
4.57
5.9
5.9
5.9
-6.75E-3
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是

16
16
应力
5.61
5.61
4.97
4.97
5.61
-8.69E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
17
应力
5.93
5.93
4.65
4.65
5.93
-7.95E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
26
26
应力
8.65
8.65
1.76
1.76
8.65
0
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
27
应力
8.6
8.6
1.81
1.81
8.6
-7.18E-3
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是

本施工阶段累计应力图

上缘应力

下缘应力

施工阶段支反力

节点号
水平力(KN)
竖向力(KN)
弯矩(KN.m)
4
-6.25E-03
295
0
48
0
295
0

第3施工阶段信息
1、阶段截面几何特征信息

单元号
节点号
截面抗弯
截面面积
截面高度
中性轴高
惯矩（m4)
（m2）
（m）
（m）
4
4
7.91315E-02
0.823342
0.9
0.462
10
10
7.15678E-02
0.646042
0.9
0.466
16
16
7.20229E-02
0.646042
0.9
0.464
26
26
7.20229E-02
0.646042
0.9
0.464

2、阶段累计内力

单元号
节点号
阶段累计效应

弯矩(KN.m)
剪力(kN)
轴力(KN)
4
4
128
-162
3.10E+03
10
10
-87.3
51.9
3.08E+03
16
16
85.8
161
3.12E+03
26
26
572
50
3.18E+03

本阶段结构累计内力图

弯矩图

剪力图

轴力图

3、阶段施工组合应力

单
元
号
节
点
号
施工阶段应力验算(Mpa)
应力
上缘最大
上缘最小
下缘最大
下缘最小
最大主
最大主

正应力
正应力
正应力
正应力
压应力
拉应力
4
4
应力
3.83
3.83
2.84
2.84
3.83
-4.41E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
5
应力
3.72
3.72
2.94
2.94
3.72
-4.53E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
10
10
应力
3.6
3.6
4.92
4.92
4.92
-1.04E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
11
应力
3.66
3.66
4.86
4.86
4.86
-8.48E-3
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
16
16
应力
4.59
4.59
4.04
4.04
4.59
-9.39E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
17
应力
4.86
4.86
3.77
3.77
4.86
-8.55E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
26
26
应力
7.26
7.26
1.27
1.27
7.26
-1.37E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是
27
应力
7.12
7.12
1.41
1.41
7.12
-1.96E-2
容许值
22.7
-3.05
22.7
-3.05
0
0
是否满足
是
是
是
是
是
是

本施工阶段累计应力图

上缘应力图

下缘应力图

施工阶段支反力

节点号
水平力(KN)
竖向力(KN)
弯矩(KN.m)
4
-6.25E-04
285
0
48
0
285
0

5.持久状况下正常使用极限状态抗裂验算 1、长期效应组合验算

梁最大拉应力
单元号
节点号
正应力(Mpa)
上缘最小拉应力 下缘最小拉应力
4
4
应力值
3.81
2.84
容许值
0
0
是否满足
是
是
10
10
应力值
3.57
4.53
容许值
0
0
是否满足
是
是
16
16
应力值
4.57
3.37
容许值
0
0
是否满足
是
是
26
26
应力值
7.24
0.384
容许值
0
0
是否满足
是
是

长期效应组合最大正拉应力图

2、短期效应组合验算

梁最大拉应力
单元号
节点号
正应力(Mpa)
上缘最小拉应力 下缘最小拉应力
4
4
应力值
2.57
1.34
容许值
0
0
是否满足
是
是
10
10
应力值
3.12
1.38
容许值
0
0
是否满足
是
是
16
16
应力值
4.45
0.8
容许值
0
0
是否满足
是
是
26
26
应力值
7.13
0.5
容许值
0
0
是否满足
是
是

短期效应组合最大正拉应力图

3、持久状况下预应力构件标准值效应组合应力验算

单元号
节点号
应力
正应力(Mpa)
主应力(Mpa)
上缘最大压应力
下缘最大压应力
最大主压应力
4
4
应力值
5.98
3.41
5.98
容许值
16.2
16.2
19.4
是否满足要求
是
是
是
10
10
应力值
6.45
3.23
6.45
容许值
16.2
16.2
19.4
是否满足要求
是
是
是
16
16
应力值
8.09
4.23
8.09
容许值
16.2
16.2
19.4
是否满足要求
是
是
是
26
26
应力值
11.3
6.91
11.3
容许值
16.2
16.2
19.4
是否满足要求
是
是
是

预应力构件标准值效应组合最大正压应力图

预应力构件标准值效应组合最大主压应力图

6、承载能力极限状态基本组合正截面强度验算

单元号
节点号
内力属性
Mj
极限抗力
受力类型
受压区高度
最小配筋
(KN or KN.M)
(KN or KN.M)
是否满足
率是否满足
4
4
最大弯矩
-2.09
-2.43E+03
上拉受弯
是
是
最小弯矩
-20.5
-2.43E+03
上拉受弯
是
是
10
10
最大弯矩
984
2.76E+03
下拉受弯
是
是
最小弯矩
627
2.76E+03
下拉受弯
是
是
16
16
最大弯矩
1.73E+03
3.07E+03
下拉受弯
是
是
最小弯矩
1.13E+03
3.07E+03
下拉受弯
是
是
26
26
最大弯矩
2.52E+03
3.07E+03
下拉受弯
是
是
最小弯矩
1.69E+03
3.07E+03
下拉受弯
是
是

单元承载能力极限组合最大抗力及对应内力图

单元承载能力极限组合最小抗力及对应内力图

7、钢束信息输出
钢束引伸量及钢束长度
钢束号
钢束曲线长度(m)
左端引伸量(m)
右端引伸量(m)
合计引伸量(m)
1
19.4
6.80E-02
6.80E-02
0.136
2
19.5
6.77E-02
6.77E-02
0.135
钢束最大拉应力验算
钢束号
最大应力(Mpa)
容许最大应力(Mpa)
是否满足
1
-1.15E+03
-1.21E+03
是
2
-1.18E+03
-1.21E+03
是

8、成桥结构位移

节点号
水平位移(mm)
竖向位移(mm)
转角位移
26
-2.17
10.4
3.45E-04

9、荷载短期效应组合长期挠度与预拱度设置
节点号
荷载短期效应组合
预加应力产生
消除结构自重后
预拱度(mm)
26
长期竖向挠度(mm)
的长期挠度(mm)
结构挠度(mm)
5.77
-29.6
35
-6.08

综上所述：可知本结构是安全的，可以达到预期功能！