2007《桥梁工程I》试题答案

《桥梁工程I》试题答案一．单项选择题（每题2分，共20分）1．C2．C3．C4．D5．A6．C7．D8．C9．A10．D二．简答题（每题5分，共60分）1．按照受力体系分类，桥梁可以分为哪些基本桥型？答：按照受力体系分类，桥梁可以分为：梁式桥、拱式桥、刚构桥、斜拉桥、悬索桥。2、对桥面伸缩缝的设计与施工，应考虑哪几方面的作用和要求？我国目前公路桥梁和城市桥梁工程上使用的伸缩缝有哪几种形式？答：作用和要求：（1）能够适应桥梁温度变化、活载作用、混凝土收缩徐变等因素所引起的变形。（2）能承担各种车辆荷载的作用。（3）保证桥面平坦，行驶性良好。（4）施工安装方便，且与桥梁结构联为整体。（5）养护、修理与更换方便。（6）具有能够安全排水和防水的构造。伸缩缝形式（1）U形锌铁皮伸缩装置；（2）跨搭钢板式伸缩装置；（3）橡胶伸缩装置。按照伸缩体结构不同，桥梁橡胶伸缩装置可分为纯橡胶式、板式、组合式和模数式。（4）无缝式伸缩缝（桥面连续）3、大跨径公路预应力混凝土连续梁桥为什么大多采用不等跨和变截面的形式？（以三跨为例说明）答：不等跨原因：中跨和边跨最大正弯矩接近相等。变截面原因：当连续梁的主跨跨径接近或大于70m时，若主梁仍采用等截面布置，在恒载和活载作用下，主梁支点截面的负弯矩将比跨中截面的正弯矩大得多，从受力上讲就显得不太合理且不经济，这时，采用变截面连续梁桥更符合受力要求，高度变化基本上与内力变化相适应。（1）当加大靠近支点附近的梁高(即加大了截面惯矩)做成变截面梁时，能降低跨中的设计弯矩。（2）加大支点附近梁高是合理的，既对恒载引起的截面内力影响不大，也与桥下通航的净空要求无甚妨碍，又能适应抵抗支点处剪力很大的要求。（3）连续梁采用变截面结构不仅外形美观，还可节省材料并增大桥下净空高度。4、在活载内力计算中，是如何把一个空间问题转变为平面问题的？答：采用变量分离方法：211(,)()()()SPxyPyxPx式中，2()PPy，2()y表示单位荷载沿桥面横向(y轴方向)作用在不同位置时，某梁所分配的荷载比值变化曲线，也称作对于某梁的荷载横向分布影响线。1()x为纵向内力影响线。如果按照最不利位置布载，就可求得其所受的最大荷载户maxPmP。P为轮轴重，则m就称为荷载横向分布系数，它表示某根主梁所承担的最大荷载是各个轴重的倍数（通常小于1）。这样，就把一个空间问题转化成了二个平面问题。5、斜腿刚架桥结构有何特点及其适用范围？答：由一对斜置的撑杆（斜交一般在40°~50°)与梁体固结后来承担车辆荷载的桥梁称为斜腿刚架桥。（为解决门式刚架桥中基铰处的水平力较大的问题）（1）主跨相当于折线形拱式桥，压力线接近于拱桥受力状态，斜腿为受压为主，比门式刚架桥的立墙或立柱受力更为合理，因此其跨越能力较大；（2）斜腿相对地缩短了主跨跨度，梁内弯矩比同跨径的门式刚架小；（3）该桥两端具有较长的伸壁长度，通过调整边跨与中跨的跨长比，可以使两端不会向上翘，改善行车条件，而且边跨对主跨跨中弯矩还有卸载作用，有利于减小主梁高度；（4）斜腿的下端铰支座一般设置在坚硬岩石上或桥台上，不会被水或土堤淹没，故在施工和维护保养相对容易些，但斜腿施工时相对比较复杂。斜腿刚架桥也存在有某些与门式刚架桥相类似的缺点：（1）主梁的恒重和车辆荷载都是通过主梁与斜腿相交处的横隔板，再经过斜腿传至地基上。这样的单隔板或呈三角形的隔板将使此处梁截面产生较大的负弯矩峰值，使得通过此截面的预应力钢筋十分密集，在构造布置上比较复杂。（2）预加力、徐变、收缩、温度变化以及基础变位等因素都会使斜腿刚架桥产生次内力，受力分析上也相对较复杂。因此，为了减少超静定次数，同时使斜腿基脚处的地基应力均匀些，一般将斜脚基脚处设计成铰支座。（3）与地面呈40°—50°夹角的斜腿，造成施工上有一定的难度。适用范围：常常建造在跨越深谷地带或用在跨越其他线路（公路或铁路）的立交桥上。6、布置多跨梁桥的固定支座和活动支座时一般要考虑哪些原则？答：（1）对于坡桥：宜将固定支座布置在高程低的墩台上。同时，为了避免整个桥跨下滑，影响车辆的行驶，当纵坡大于1％或横坡大于2％时，应使支座保持水平，通常在设置支座的梁底面，增设局部的楔形构造。（2）对于多跨简支梁桥：固定支座设在桥台上；每个桥墩上设置一组活动与一组固定，以使所有墩台承受均匀的纵向水平力；对于高桥墩，可布置两个活动支座，以减小水平力。（3）对连续梁：一般在一联中的一个墩或台设固定支座（宜布置在靠近温度中心的位置，以使梁的温度变形分散在梁的两端），其他墩台均设置活动支座。梁体下有两个支座时，一般一个单向支座、一个双向支座，沿固定支座的一侧为单向支座，另一侧全为双向支座；（4）对于悬臂梁桥：锚固孔一侧设固定支座，另一侧设活动支座；挂孔采用与简支梁桥布置形式一致，有时两端均设置固定支座。7、阐述斜板桥的工作特性？答：斜板的受力性能可以用一个三跨连续梁相比拟，具体归纳为如下几点：(1)支承边反力：支承边的反力是呈不均匀分布的，以钝角B、C处的反力最大，以锐角A、D处的最小，甚至可能出现负反力，使锐角向上翘。(2)跨中主弯矩：对于宽跨比较大的斜板，其中心处的主弯矩方向接近与支承边正交。但在斜板的两侧，其主弯矩方向接近平行自由边；并且，弯矩值沿板宽分布也是不均匀的，对于均布荷载，中部弯矩值大于两侧，对于集中荷载，则以荷载点处的最大。(3)钝角负弯矩：如同连续粱的中支点截面一样，在钝角B、C处产生负弯矩，有时它的绝对值比跨中主弯矩还要大，其负主弯矩的方向接近与钝角的二等分线相正交。(4)横向弯矩：斜板的最大纵向弯矩比同等跨径的直桥要小，但横向弯矩却比同等跨径的直桥要大得多，并且沿自由边的横向弯矩还出现反号，靠近锐角处为正，靠钝角处为负。(5)扭矩：A、D点有起翘的趋势，如果固定A、D两点，那么将使斜板在两个方向产生扭矩，这也是斜板的一个重要特点，但它的分布十分复杂。8、平衡悬臂法施工的三跨连续梁，计算其主梁自重内力应经过哪五个主要阶段？请画出各阶段主梁自重内力计算图。（1）从墩向两边对称逐段悬出时的主梁自重内力示意图此时时需在墩上设临时锚固以保证平衡悬臂施工的安全（2）边孔合龙梁段架设，此时边跨合拢段的自重和挂篮的反向作用力（3）拆除临时锚固，需对主梁施加一对方向相反的力，此力将在单悬臂结构体系上引起内力（4）当中孔梁段合龙时，现浇结合段的自重和挂篮的自重由吊杆传至悬臂端部（5）砼凝固后，吊杆拆除，需对连续主梁施加一对方向相反的力R0，而梁段自重则作用于连续梁上9、钢管混凝土拱桥具有哪些特点？答：钢管混凝土拱桥一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管混凝土拱桥具有以下优点：（1）总体性能方面：由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可以使主拱圈截面及其宽度相对的减小，这样便可以减小桥面上由承重结构所占的宽度，提高了中、下承式拱的桥面宽度的使用效率。（2）施工方面：钢管本身相当于混凝土的外模板，它具有强度高，质量轻，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工的难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。钢管混凝土材料也有它自身的缺点。（1）对于管壁外露的钢管混凝土，在阳光照射下，钢管膨胀，容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象；（2）由于施工中钢管先于管内混凝土受力，往往造成钢管应力偏高而混凝土不能发挥应有的作用。10、画出系杆拱桥简图，指明系杆位置所在，并简述其作用。系杆的含义就是一个将两拱脚相互联系在一起的水平构件，系杆的作用是承受拱的推力，因而系杆拱桥是无推力拱式体系，墩台不承受水平推力。11、斜拉桥常设辅助墩和边引跨，为什么？活载往往在边跨梁端附近区域产生很大的正弯矩，并导致梁体转动，伸缩缝易受损，在此情况下，可以通过加长边梁以形成引跨或设置辅助墩的方法予以解决。设辅助墩可以减小拉索应力变幅，提高主跨刚度，又能缓和端支点负反力，是大跨度斜拉桥中常用的方法。12、桥梁墩台的作用是什么？承受哪些荷载？设计原则如何？答：桥梁墩台的作用：承受上部结构传来的荷载，并将荷载及本身自重传给地基。承受荷载：上部结构外力：竖向力、水平力、弯矩；施工临时荷载。其它外力：流水压力、风力、土压力、地震力、冰压力、船只、排筏或漂浮物的撞击力等。设计原则：满足交通要求、安全耐久、造价低、维修养护少、施工方便、因地制宜、工期短、与周围环境协调和造型美观。三．计算题（共20分）1、解：（1）用杠杆法计算支点横向分布系数：2＃梁的横向分布影响线如图1。对汽车：012qm（1＋0）＝0.5（1分）对人群：00rm（1分）（2）Bl/＝29.16／8＝3.645＞2。因此可以用偏心压力法计算cm。（1分）2ia＝2×（1.62＋3.32）＝25.6（1分）122121iaana＝1／5＋1.6×3.2／25.6＝0.4（1分）252521iaana＝1／5－1.6×3.2／25.6＝0（1分）2＃梁的横向分布影响线和荷载布置如图2（2分）对汽车：cqm＝2×0.234＝0.468；（1分）对人群：crm=0.466（1分）图1横向向系数计算图（2分）（3）公路I级荷载计算10.5kN/mkqkP的计算：l=29.16m29.16596.64kN50536018018096.64276.64kNkxxP（1分）计算剪力效应时：1.2276.64331.97kNkP（1分）（4）2＃梁跨中最大弯矩计算：跨中弯矩的影响线和横向分布系数沿纵向的布置如图2所示。图2跨中弯矩计算图（1分）/2(1)()129.1629.161.251(0.46810.529.160.468276.64)2441832.65kNmlqckikiMmqMPy（1分）/2129.160.4663.029.16148.59kNm24lrcrrMmq（1分）（5）2＃梁支点最大剪力：支点剪力的影响线和和横向分布系数沿纵向的布置如图3所示。图3支点剪力计算图（1分）00(1)[()]21129.161.25110.5[0.46829.161(0.4680.5)0.92]22292.38kNkqkccaQqmmmy（1分）0(1)1.2510.5331.971207.48kNkPikiQmPy（1分）00092.38207.48299.86kNkkqqPQQQ（1分）00()21129.160.5329.161(0.50)0.9222218.52kNrcrrcrrraQmqmmqy（1分）