桥梁工程课后习题作业.doc

第一章1.1何谓桥梁的“五大部件”？“五大部件”有何特点？其功能分别是什么？ 所谓“五大部件”是指桥梁承受汽车或其他运输车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。 五大部件分别指：桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构）、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础。 各部分的特点及其功能： 桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构）：他是路线遇到障碍（如江河、山谷或者其他路线等）中断时，跨越障碍的结构物。 支座结构：其支撑上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构预计的在荷载、温度变化或者其他因素作用下的位移功能。 桥墩：在河中或岸上支撑两侧桥跨上部结构的建筑物。 桥台：设在桥的两端，一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支撑桥跨上部结构的端部。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。 墩台基础：它是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。1.2何谓桥梁的“五小部件”？“五小部件”有何特点？其功能分别是什么？ 所谓的“五小部件”是指直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。 五小部件分别指：桥面铺装（或称行车道铺装）、排水防水系统、栏杆（或防撞栏杆）、伸缩缝、灯光照明。 各部分的特点及其功能 桥面铺装（或称行车道铺装）：铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求很严。 排水防水系统：应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最低限度。此外，城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。 栏杆（或防撞栏杆）：它既是保证安全的结构措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。 伸缩缝：桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙，以保证结构在各种因素作用下的变位。为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。尤其是大桥或城市桥的伸缩缝，不但要结构牢固、外观光洁，而且需要经常扫除掉入伸缩缝中的泥土、杂物，以保证其功能。 灯光照明：现代城市中，大型桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，从而成了城市夜景的重要组成部分。 1.3何谓净跨经、总跨径、计算跨径、桥梁全长；桥梁高度、桥下净空高度、建筑高度、净矢高、计算矢高、矢跨比、标准跨径、涵洞？ 净跨经：对于梁式桥式设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。总跨径：它是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径。计算跨径：对具有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，用o表示；对于拱式桥，是相邻两个拱脚截面形心点之间的水平距离。桥梁全长：简称桥长，是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离以表示。桥梁高度：简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路路面之间的距离。桥下净空高度：它是设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离，以表示。建筑高度：它是桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离。净矢高：它是从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。计算矢高：它是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。矢跨比：它是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高与计算跨径之比，也称拱矢度。标准跨径：对于梁式桥，他是指两相邻桥墩中线之间的距离，或中线至桥台台背前缘之间的距离；对于拱桥，则是指净跨径。 涵洞:它是用来宣泄路堤下水流的构造物。（公路工程技术标准）中规定凡是多孔跨径的全长不到8m和单孔跨径不到5m的泄水结构物均称为涵洞。 1.4桥梁按其主要承重结构体系分为哪几类？试比较其特点。 桥梁按主要承重结构体系分类，传统上可以分为梁式桥、拱桥、悬索桥（吊桥）、刚架桥、组合体系桥五类。斜拉（张）桥归入组合体系桥，现在我们通常将其与悬索桥合称缆索承重体系（又称缆支体系或索支体系）。桥梁按其主要承重结构体系分为梁式桥、拱桥、悬索桥、刚架桥、斜张（拉）桥和组合体系桥。 梁式桥：梁式桥式一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与相同跨径的其他结构体系相比，梁内产生弯矩最大。 拱式桥：其主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。同时，水平推力也将显著抵消荷载所引起的再拱桥或拱肋内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小很多，但其下部结构和地基必须经受住很大的水平推力。 刚架桥：其主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的联结处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力。其受力状态介于梁桥与拱桥之间。因此，对于同样的跨径，在相同的荷载作用下，刚架桥的跨中正弯矩要比一般梁桥的小，但柱及柱脚的受力比梁桥的桥墩复杂。 吊桥：传统的吊桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构；现代的吊桥上，广泛采用抗拉性能优异的钢缆，因此结构自重较轻，能以较小的建筑高度跨越其他任何桥型都无法比拟的特大跨度。但对于其他体系而言，吊桥的自重轻，结构的刚度差，在车辆动荷载和风荷载作用下，桥有较大的变形和振动。 斜张（拉）桥：其实它也是一种组合体系桥，是由主梁与斜缆相结合的组合体系。悬挂在塔柱上的被张紧的斜缆将主梁吊住，使主梁像多点弹性支撑的连续一样工作，这样既发挥了高强材料的作用，又显著减小了主梁截面，使结构减轻而获得很大的跨越能力。但，斜缆的拉力在主梁上的轴向分量很大，这一问题在大跨径斜拉桥中变得非常突出。 组合体系桥：是由几个不同体型的结构组合而成的桥梁成为组合体系桥。梁和拱的组合体系：其中梁和拱都是主要承重结构，两者互相配合共同受力。由于钓竿将梁向上（与荷载作用的绕度方向相反）吊住，这样就显著减小了梁中的弯矩；同时梁与拱联结在一起，拱的水平推力就传给梁来承受，这样梁除了受弯以外还受拉。这种组合体系桥跨能力比一般的简支梁大，对桥墩没有推力作用。 （邓兴友）1.7桥梁设计应遵循的基本原则是什么?其含义如何?当前我国桥梁设计的基本原则是“安全.适用.经济.美观” 1安全:保证工程质量，保证结构的安全可靠 2适用:桥梁应具有足够的承栽力，能保证行车的畅通和舒适 3经济:总造价比较低是经济的 4美观:优美的桥型，与环境的和谐，适当的装饰 1.8选桥位时，路与桥的关系如何考虑？一般的说，大、中桥的桥位原则上应服从路线的方向，桥、路综合考虑。一方面从整个路线或路线网来说观点来看，既要降低桥的建设和维修费用，也要减少因车辆绕行而增加的运输费用。小桥涵的位置应服从路线走向。当当遇到不利的地形或地质和水文条件时，应采取适当的技术措施处理，不应因此而改变线路。1.9桥梁纵断面设计包括哪些内容？桥梁纵断面设计包括确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥面标准、桥下净空、桥上及桥头纵坡布置等。 1.10 、进行桥式方案比较时，要考虑哪些主要的技术经济指标？ 主要指标包括：主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、砼)用量、劳动力数量、总投资、施工工期、养护费用、运营条件、施工工艺和技术要求（有无困难工程）、特殊机具和材料，是否美观等。1.11 、现行公路桥梁规范将桥梁设计荷载分为哪几类？现行公路桥梁规范将桥梁设计荷载分永久荷载、可变荷载和偶然荷载1.12 、何谓永久荷载、可变荷载、偶然荷载？永久荷载：又称恒载。是指结构在使用期内其值不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。可变荷载：指结构在设计使用期内其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥涵结构的影响程度，分为基本可变荷载舌载（活载）和其他可变荷载。偶然荷载：指结构在设计使用内不一定出现，但一旦出现，其值很大、持续时间很短的荷载。 第二章2.3.桥面铺装有何作用？对桥面铺装的性能有何要求？桥面铺装的作用：防止车轮或履带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，分散车辆轮重的集中荷载。性能要求：抗车辙，行车舒适、抗滑、不透水和桥面板一起作用时刚度好等。 2.4设置桥面纵坡有何好处？桥面横坡有那些设置方式？设置桥面纵横坡的好处是可以迅速排离雨水、防止或减少雨水渗透，从而避免行车道受雨水腐蚀，延长桥梁使用寿命。横坡一般采用1.5%3%，通常有以下3种设置方式：1、墩台顶部设置横坡2、设置三角垫层3、行车道板做成倾斜面 2.5在桥面结构中，对设置防水层有哪些要求？桥面结构中通常有设防水层，其都设置在行车道铺装层之下，将透过铺装层渗下的雨水汇集到排水设施（泄水管）后排出。防水层在桥面伸缩缝处应连续铺设，不可切断；桥面纵向应铺过桥台背，横向两侧则应伸过缘石地面从人行道与缘石砌缝里向上折起0.10m。 1）洒布薄层沥青或改性沥青，其上撒布一层砂，经碾压行程沥青涂胶下封层。 2）涂刷聚氨酯胶泥、环氧树脂、阳离子乳化剂沥青、氯丁胶乳等高分子聚合物涂料。 3）铺装沥青或改性沥青防水卷材，以及浸渍沥青的无纺土工布等。2.6 、一个完整的排水系统包括哪几部分？泄水管的设置有何规定 包括桥面纵坡、横坡与一定数量的泄水管构成。泄水管的设置与否以及设计密度取决于桥长和桥面纵坡。当桥面纵坡大于2%而桥长小于50m时，雨水一般能很快的从桥头引道排出，不至于积滞，可以不设。此时可以在设置流水槽，以免雨水冲刷引道路基。当桥面纵坡大于2%而桥长大于50m时，桥面就需要设置泄水管以防止雨水积滞，一般每1215m一个。当桥面纵坡小于2%时，泄水管则需要密一些，一般每隔68m设置一个。泄水管的过水面积通常为每平方米桥面上不小于23cm2，泄水管可沿行车道两侧左右对称排列，也可交错排列。泄水管离缘石的距离为0.200.50m。2.7 、桥面伸缩缝的作用是什么?它应满足哪些要求？作用：为保证桥跨结构在气温变化、活载作用、砼收缩与徐变等影响下能自由变形，需要使桥面在两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝。应满足的要求：1.能保证上部结构的自由伸缩；2能承受各种车辆荷载的作用；3具有良好的平整度；4具有良好的防水性能；5具有良好的防尘性能；6便于养护、修理、更换；7经久耐用. 第三章3.1试述混凝土梁式桥的常见分类方法。按承重结构使用的主要材料划分，它分为钢筋混凝土梁桥和预应力混凝土梁桥按施工方法划分，混凝土梁桥分为预制装配式和整体现浇式俩大类按承重结构的横截面划分，混凝土梁桥分为板梁桥，肋板式梁桥和箱梁桥。按承重结构的静力体系划分，可将梁式桥分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥三大类。3.2.试述钢筋混凝土梁式桥和预应力混凝土梁式桥各自特点。钢筋混凝土梁桥的优点：1.材料能就地取材，因而成本低；2.钢筋包裹在混凝土中，耐久性好，使用寿命长，运营期间养护成本低；3.材料具有可塑性，可按要求做成任意形状的结构，适用性好；4.整体刚度大，变形小，能使行车平顺，噪声小；5.设计理论较成熟。钢筋混凝土梁桥的缺点与不足：1.自重大，限制了其跨越能力，对于简支梁桥，它的经济最大跨径约为20米；对于悬臂梁桥和连续梁桥，适宜的最大跨径约为60米。2.由于裂缝宽度限制，难以使用高强度材料来减轻质量增加跨度。3.对于就地浇筑的桥，一方面工期长，耗用支架和模板多；另一方面施工受冬、雨季影响严重。预应力混凝土梁桥不但具有钢筋混凝土梁桥的全部优点，并有进一步地发展：1.充分利用高强材料，有效减轻自重，增加跨越能力；2.与同跨度钢筋混凝土梁桥相比，平均节约钢材30%-40%，使成本有所降低；3.强大预压力对裂缝能有效控制，尤其是全预应力混凝土梁桥，截面不允许出现裂缝，使耐久性提高；4.预应力技术的采用，为预应力类桥梁开辟了一系列新的施工方法，它正成为现代预制装配式结构最有效的结合和拼装手段。预应力混凝土结构弱点:需要一整套专门张拉设备，需要好的铺具，需要较严格复杂的施工工艺，预应力钢筋材料的可靠性问题 3.11试述预装配式钢筋混凝土简支梁桥的常见构造和常用尺寸。 常见构造：装配式钢筋混凝土简支梁以T型梁最多见，它主要 由主梁梁肋，翼缘板，横隔板和连接构造四个部分浇筑而成。构造尺寸：主梁梁肋尺寸：两高与跨径之比的经济范围为1/111/16，跨径大时应选取偏小的比值。对于跨径为10、13、16、和20的主梁分别采用梁高（m）为0.9、1.0、1.1和1.3.梁肋宽度的确定。常用梁肋宽度为1518cm横隔梁尺寸：横隔梁高度的确定。一般情况下，内横隔梁梁高取主梁高的3/4左右。横隔梁宽度的确定。对于具体横隔板来说，宽度常用12-16cm横隔梁长度的确定：计算长度常取两个边主梁中到中的间距。主梁翼缘板尺寸：翼板宽度的确定。翼板宽度要比主梁间距小2cm，翼板厚度的确定。根部板厚翼板不少于主梁高度的1/12，端部厚度则常取6cm或8cm，当不考虑铺装层承力，翼板应做厚一些，板端常取8cm反之，则常取6cm3.13试述预应力混凝土简支梁桥与钢筋混凝土梁桥在构造上相比，有哪些不同？预应力混凝土简支梁桥：1）构造布置：在吊装重量允许的情况下，宜选用主梁间距为1.62.3m，大跨径宜选较大值。一般内横隔梁宜在35 道。端横隔梁必须设置。 2）构造尺寸：纵向主梁长度在2040m，不宜超过60m。预应力混凝土简支梁桥的横截面实质是变截面。高跨比在1/151/25，跨径若大取较小值。3）配筋构造：分纵向主钢筋、斜拉钢筋、架立筋、分布钢筋和箍筋,横隔梁的构造横隔板主要有主钢筋、架立钢筋、箍筋和分布筋，主梁的联结构造，主梁通过位于横隔梁处的接头而联结成主体，常见的接头有钢板焊接联结，螺栓接头联结，扣环接头联结，T梁翼板的企口铰接联结。钢筋混凝土梁桥：1）构造布置：主梁间距在进行个别设计时选定为1.52.2m ，要设置T形梁的端横梁，在跨径内增设13道中横隔梁 （也称内横隔梁）。若跨径小于13m，可以不设；若跨径超过20m，数量应有所增加。2）构造尺寸：纵向主梁长度常选取720m,不宜超过20m。高跨比在1/111/16之间，且跨径大时取偏小的比值。对于跨径（m）为10、13、16和20的主梁分别采用梁高（m）为0.9、1.0、1.1和1.3。3）配筋构造：采用纵向预应力主筋，梁端钢筋和锚固分先张法和后张法，马蹄形截面内设置加强箍筋一般采用闭合式或螺旋式箍筋，间距不大于15cm3.14试述截面效率指标及其意义。截面效益指标是指某一梁截面在运营过程中表现出的承受荷载能力的水平。截面效益指标的意义：1、在预加力阶段，梁体在偏心预加力和上弯梁的自重弯矩共同作用下，当截面内的合力恰好位于截面的下核点时，能使截面上缘不出现拉应力。显然，截面的下核心距越大，预加力的偏心距也可以越大，预加力所获得的抵抗弯矩也可以越大。2、在运营阶段，梁体在后期恒载及活载（同时预应力有部分损失）的共同作用下，截面合力点将上移。当截面内的合力恰好位于截面的上核点时能使截面下缘不出现拉应力。显然截面的上核心距越大，这种合力点上移的复读幅度也可以越大，也就是允许有更大的后期恒载及活载弯矩。3、从以上两点分析可知，截面核心距（上、下核心距之和）越大，截面在工作极限范围内（对于全预应力混凝土简支梁，指上、下缘均不出现拉应力）的承载能力也越大；当需要的预加力弯矩不变时，因预加力的偏心距较大，预加力便可以较小，即预应力筋较节省。同理对于部分预应力混凝土梁而言，其限心距的意义与此相似。3.15简述马蹄形截面作用和构造上的需要。一般在T梁梁肋下缘设置马蹄形，以满足预应力钢筋的布置要求。按理论分析，马蹄形截面越宽越矮则越经济，但考虑到预应力钢筋弯起空间和施工方便的需要，实践中采用以下尺寸:1.马蹄形截面面积约为全截面的10%20%以上，不宜太大 2.马蹄形宽度约为肋宽的24倍 3.马蹄形的全宽高度加1/2斜坡区高度约为主梁高度的0.150.20倍，斜坡不宜陡于45度 4.预应力筋布置空间应尽量满足;先张法中，预留管道保护层不宜小于6cm3.16试述预应力混凝土梁内的纵向预应力筋的布置形式和适用条件。 答：主筋采用直线形布置。这一形式适用于先张法小跨径桥梁 主筋采用直线形布置，它在梁内某横隔梁位置断开，并平缓弯出而锚固在横隔梁上 主筋从跨中到支点逐渐向上弯起，并全部锚固在梁端。这一形式在目前预应力混凝土简支梁桥中应用很广 主筋从跨中到支点逐渐向上弯起，部分主筋向上弯起角度较大 ，有的锚固在梁端有的则锚固在梁顶。这一形式在目前预应力混凝土简支梁桥中应用很广。针对鱼腹式变高度梁而设置的配筋形式。针对串连梁而设置的配筋形式。其中梁顶的预应力筋是为抵抗安装过程中的负弯矩3.17 、试述为了满足预应力筋的锚固受力，对预应力混凝土梁端常常采取哪些措施？（1）先张法锚固。梁端构造措施：梁端截面加宽，加宽的纵向梁长不少于主筋直径的20倍。锚固区内应设加强工筋和分布筋的钢筋网，并配置专门围包梁端纵向主筋的封闭式工筋或螺旋钢筋。对于直径较大的预应力钢丝，可以将钢丝端部扎成波浪形或用横向钢筋锁住钢丝，以提高锚固效率。（2）后张法锚固。梁端构造措施：梁端截面同样要加宽，纵向约为1倍梁高的范围。内部同样要设置加强钢筋网。锚具处的梁截面应设置不小于16mm的钢垫板和围包主筋的螺旋钢筋，或者设置预制混凝土垫板和锚具下的双层钢筋网，压浆完毕后，要用混凝土封端，内设钢筋网加强整体性，从而使锚具和垫板被封在混凝土梁体内。 第四章4.1按结构受力简化图式不同，行车道板是如何分类的可分为单边支承、两边支承、三边支承和四边支承。4.2.正确理解板的有效工作宽度，请绘图说明。答：为了简化设计计算，我们通常只选取有代表性的单位宽度的板条进行设计计算，而其他位置的配筋设计与该板条相同。为了选取有代表性的单位宽度的板条，我们引入了“板的有，效工作宽度”。如下例图所示 则我们选取荷载中心处具有最大单宽弯矩值Mx max的单宽板条作为代表性的板条。假想有a个这样的单宽板条共同构成一个矩形板，在每个板条均产生Mx max的弯矩值。按总弯矩等效的原则，这一假想矩形板恰好与同样具有Mx max值的上图等效，也就是图中矩形，也就是图中矩形面积与此曲线阴影面积相等，我们称a为板的有效工作宽度，又称荷载有效分布宽度。 4.10杠杆原理的简化计算模型和适用场所是什么？1.计算过程（1）绘制计算图式。（2）绘制荷载横向分布影响线。（3）求荷载横向分布系数。2.适用场合（1）对于一般的梁桥，桥上荷载靠近支点截面时。（2）双主梁桥所有截面。（3）横向联系很弱的无中间横隔的桥梁的所有截面。4.12 、偏心压力法的基本假定和适用场合是什么？基本假定：横隔梁视作刚度无穷大的梁，忽略主梁抗扭刚度适用场合：具有可靠坚实的横向联结，且桥的宽跨比小于或接近0.5的窄桥，不适于荷载靠近支点截面的情况。4.17 、荷载横向分布系数沿桥跨纵向为何会变化？在设计中如何处理和简化？当荷载位于跨中时，梁体纵向变形明显，所有主梁都在不同程度上参与受力，荷载横向分布较均匀；当荷载靠近支点时，主梁在支座的约束下，变形小，荷载主要通过靠近荷载的主梁传给支座，远处主梁几乎不受力。因此，随着荷载在桥跨纵向位置的不同，主梁的荷载横向分布系数也将不同。处理方法：对于无中间横隔梁或只有一根中横隔梁的情况，跨中部分采用不变的mc，从离支点1/4处至支点的区段内m呈直线过渡，对于有多根横隔梁时，从第一根内横隔梁处至支点间呈直线过渡，跨中部分仍采用不变的mc,支点处仍为mo.简化：在荷载最不利布置下，如果靠近主梁端的荷载对计算结果无大的影响，可以不考虑该侧梁端部分的分布系数变化，以简化计算。当求简支梁跨中最大弯矩时，全跨可按不变的mc计算。当求其他截面的弯矩时，一般也可按不变的mc计算，但由于中主梁，当内横隔梁少于3根时应计及主梁两端的系数m的变化。当求梁端最大剪力时，一般所求截面的梁端要考虑分布系数的变化，两端因相应的内力影响线坐标较小，则可近似地取用不变的系数mc。计算其他截面的主梁剪力，可视具体情况决定是否考虑m沿桥跨的变化。