桥梁工程复习思考题.doc
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除绪论1. 桥梁的作用是什么?它是由哪几个主要部分组成的?各部分的主要作用是什么?桥梁(bridge)就是供车辆(汽车、列车)和行人等跨越障碍(河流、山谷、海湾或其他线路等)的工程建筑物。简而言之,桥梁就是跨越障碍的通道。“跨越”一词,突出表现出桥梁不同于其他土木建筑的结构特征。从线路(公路或铁路)的角度讲,桥梁就是线路在跨越上述障碍时的延伸部分或连接部分。1上部结构:上部结构(superstructure)指桥梁位于支座以上的部分。它包括桥跨结构和桥面构造两部分:前者指桥梁中直接承受桥上交通荷载的、架空的主体结构部分;后者则指为保证桥跨结构能正常
2、使用而需要建造的桥上各种附属结构或设施。2下部结构:(substructure)指桥梁位于支座以下的部分,也叫支承结构。它包括桥墩(pier)、桥台(abutment)以及墩台的基础(foundation),是支承上部结构、向下传递荷载的结构物3支座:在桥跨结构与墩台之间,还需要设置支座(bearing),以连接桥跨结构与桥梁墩台,提供荷载传递途径(见第七章)。除此之外,根据具体情况,与桥梁配套建造的附属结构物可能有:挡土墙、护坡、导流堤、检查设备、台阶扶梯、导航装置等。2. 解释以下几个术语:总跨径(桥梁孔径)、净跨径、计算跨度、桥长、建筑高度、桥渡。跨度也叫跨径(span),表示桥梁的跨越
3、能力。对多跨桥梁,最大跨度称为主跨(main span)。一般而言,跨度是表征桥梁技术水平的重要指标。桥跨结构相邻两支座间的距离L1, 称为计算跨径。桥梁结构的分析计算以计算跨径为准。对梁式桥,设计洪水位线上相邻两桥墩(或桥台)间的水平净距L0,称为桥梁的净跨径。各孔净跨径之和,称为总跨径,它反映出桥位处泄洪能力的大小。桥长:对梁桥,两桥台侧墙或八字墙尾端之间的距离LT,可称为桥梁全长。它标志桥梁工程的长度规模。两桥台台背前缘(对铁路桥,指桥台挡碴前墙)之间的距离L,可称为多孔跨径总长(公路)或桥梁总长(铁路)。它仅作为划分特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞的一个指标。桥面(或铁路桥梁的轨底)至桥
4、跨结构最下缘的垂直高度h,称为桥梁建筑高度。公路或铁路桥梁线路设计中所确定的桥面(或轨底)高程与通航及排洪要求所规定的净空高度之差,为容许建筑高度。显然,桥梁建筑高度不得大于容许建筑高度。3. 按照力学特性(体系)划分,桥梁有哪些基本类型?各类桥梁的受力特点是什么?梁桥在竖向荷载作用下,只产生竖向反力;有简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥按结构体系及其受力特点,桥梁可划分为梁、拱、索三种基本体系和组合体系。不同的结构体系具有不同的结构型式和受力特点,简述如下。1) 梁桥是古老的结构体系之一。梁作为承重结构,主要是以其抗弯能力来承受荷载的。在竖向荷载作用下,其支承反力也是竖直的;简支的梁部结构只受弯、
5、剪,不承受轴向力。2) 常用的简支梁(simply-supported beam)的跨越能力有限,跨度通常不超过40m;3) 悬臂梁和连续梁得到发展。它们都是利用增加中间支承以减少跨中正弯矩,更合理地利用材料和分配内力,加大跨越能力。4) 悬臂梁(cantilever beam)采用铰结或一简支跨(称为挂孔)来连接其两个端头,其为静定结构,受力明确,计算简便;因结构变形在连接处不连续而对行车和桥面养护产生不利影响,近年来已很少采用。5) 连续梁 (continuous beam)因桥跨结构连续,克服了悬臂梁的不足,是目前采用得较多的梁式桥型。2拱桥拱桥(图1.2(c)的主要承重结构是具有曲线外
6、形的拱圈(arch ring)。在竖向荷载作用下,拱圈主要承受轴向压力,但也受弯、受剪。拱趾处的支承反力除了竖向反力外,还有较大的水平推力(thrust)。根据拱的受力特点,多采用抗压能力较强且经济合算的砌体材料(石材等)和钢筋混凝土来修建拱桥;3悬索桥悬索桥主要由缆(又称索,cable)、塔(pylon)、锚锭(anchorage)、加劲梁(stiffening girder)等组成。对跨度较小(如小于300m)、活载较大且加劲梁较刚劲的悬索桥,可以视其为缆与梁的组合体系。但大跨度悬索桥的主要承重结构为缆,组合体系的效应可以忽略4组合体系组合体系桥(combined system bridg
7、e)指承重结构采用两种基本体系,或一种基本体系与某些构件(梁、塔、柱、斜索等)组合在一起的桥。在两种结构体系中,梁经常是其中种;与梁组合的,则可以是柱、拱、缆或塔、斜索。代表性的组合体系有以下几种。4. 请根据各类桥梁的力学特点,你认为各自有竞争力的跨度范围是什么?适用于什么样的地质条件?(思考题)第二章 桥梁工程的规划与设计1. 什么是桥梁的净空(限界)?它有什么用途?桥下净空高度:设计洪水位或设计通航水位对桥跨结构最下缘的高差H,称为桥下净空(clear opening)高度。桥下净空高度应大于通肮及排洪要求所规定者。2. 桥梁设计包括哪些内容?确定桥梁的高度、长度和孔径划分时,应分别考虑
8、哪些因素?第三章 桥梁的设计作用(荷载)1. 桥梁设计作用(荷载)分为哪几类?各类作用(荷载)主要包括哪些作用力?公路桥梁的作用,按其随时间变化的性质,分为: 永久作用(permanent action); 可变作用(variable action);偶然作用(accidental action)永久作用: 习惯上称为恒载(deadload),是指在设计基准期内,其量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计的作用,如结构重力。可变作用: 指在设计基准期内,其量值随时间变化,且其变化与平均值相比有不可忽略的作用,如汽车、列车、人群荷载(习惯上称为活载,live load)。偶然作用: 指在
9、设计基准期内不一定出现,但一旦出现,其值很大且持续时间很短的作用,如地震力。 铁路桥梁:习惯于按作用性质和发生的几率来进行分类,将桥梁作用分为: 主力(对应于公路桥的永久作用和一部分可变作用)、 附加力(对应于不包含在主力中的其他的可变作用); 特殊荷载(对应于偶然作用)。2. 绘出铁路列车“中活载”和公路汽车荷载的图式(含新旧规范)。铁路特种活载和普通活载间是什么关系?3. 使用铁路中活载加载和公路汽车荷载加载时各有什么规定?为规范设计,我国根据机车车辆轴重、轴距对桥梁不同影响及考虑车辆的发展趋势,制定了中华人民共和国铁路标准活载图式(简称“中活载”)。桥规规定:加载时,标准活载计算图式可任
10、意截取;双线桥跨:两线活载之和的90%;横向稳定检算:空车+最大横向风力为最不利,空车活载标准值为10kN/m汽车荷载: -新公路规范 通用规范JTG D62规定1 汽车荷载分为公路I级和公路II级两个等级。 2 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。 车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。 3 桥梁结构的整体计算采用车道荷载; 4 桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载,车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加。4. 列车冲击力和汽车冲击力产生的原因是什么?在计算中主要考虑哪些因素的影响?车辆以一定速度过桥时,由于动力影响,桥梁实际产生的活载应力和变形大于按活载静重计算所得的结果,
11、这种动力效应常称为冲击作用。 冲击力受线路状态(如道路不平顺)、车辆类型(如机车的偏心轮作用)以及桥梁结构形式等因素的综合影响,目前还难以在设计中精确考虑。通常的做法是,在桥梁动载试验的基础上提出近似计算公式,把动力问题简化成静力问题来处理。1 钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台,应计算汽车的冲击作用。 2 填料厚度(包括路面厚度)等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 3 支座的冲击力,按相应的桥梁取用。 4 汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 5 冲击系数可按下式计算: 当 Hz时,
12、 =0.05 当1.5Hz 14Hz时,=0.1767lnf0.0157 当 Hz时, =0.45 式中, f 为结构基频(Hz)。 6 汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数: 采用=0.3。5. 你认为公路桥规中根据桥梁基频来制定冲击系数有何道理?桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容,它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别,也不管结构尺寸与跨径是否有差别,只要桥梁结构的基频相同,在同样条件的汽车荷载下,就能得到基本相同的冲击系数。6. 制动力和牵引力各是怎样产生的?其大小、方向和作用点如何?车辆制动力和(列车)牵
13、引力 制动力:是车辆减速或制动时的惯性力。方向: 与行车方向一致。牵引力:是车辆起动或加速时车辆与路面。(或钢轨)间作用的摩阻力。方向:与行车方向相反。作用点:铁路轨顶以上2m,公路桥面以上1.2m。但在计算墩台时移至支座中心处,不计因此而产生的竖向力和力矩。7. 风荷载的基本风压是如何确定的?风荷载标准强度计算时,还应考虑哪些因素?怎样计算列车、桥跨和墩台受到的风力?横桥向风荷载的大小是风压与结构迎风面积的乘积。 但风压与风速及空气重力密度有关,而风速受到地理位置、地形条件、地面粗糙程度、高度等因素的影响。公路规范规定:取平坦空旷地面、离地面10m高、重现期为100年的10min平均最大风速
14、,为桥梁所在地区的设计基本风速,记为V10(单位:m/s),该风速可按规范取值并经实地调查核实后采用。注意V10是根据离地面10m高处的数据经统计得到的,在实用中,根据结构计算高度修正 ,高度Z处的设计基准风速记为Vd(m/s), 对下承式桁架桥,风荷载标准值按其横桥向风压的40乘以桁架迎风面积计算; 对桥墩,按其横桥向风压的70乘以桥墩迎风面积计算;铁路桥梁的风荷载计算大体相同,但相对简单: 基本风压值8. 作用(荷载)效应的组合有什么原则?公路桥规的作用效应组合有哪几类?为了保证桥梁结构的安全和适用,需要根据作用的特性、桥梁结构的特性、施工方法以及桥位处的环境等因素,针对结构的不同状况、不
15、同安全等级、不同设计或验算内容,确定各种作用效应的取舍以及各种作用效应对结构的共同效果(叠加值),即作用效应组合.组合总原则:作用效应组合应只涉及结构上可能同时出现的作用效应,并以桥梁在施工或运营时可能处于最不利受力状态为原则。一 . 按承载能力极限状态设计时的作用(或荷载)效应组合.二.正常使用极限状态设计时的作用(或荷载)效应组合. 9. 怎样利用中活载的换算均布活载表进行结构内力计算?(联系结构力学,认真思考)第四章 桥面构造1. 混凝土桥面是由哪些部分组成的?各部分的作用是什么?公路桥面构造包括桥面铺装、排水防水系统、人行道(或安全带)、路缘石、栏杆、灯柱、安全护栏和伸缩装置等。铁路桥
16、面构造通常包括钢轨、护轨、轨枕、道碴、挡碴墙、泄水管、人行道、栏杆和钢轨伸缩调节器等,如图4.2所示。铺设道碴的桥面称为道碴桥面(ballasted deck),钢桥桥面则一般不铺道碴,而将轨枕直接铺在纵梁上,称为明桥面(open deck)3. 理想的桥梁伸缩缝应满足哪些要求?现在常用的伸缩缝有哪些类型?伸缩装置的构造应满足下列要求:在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向,均能自由伸缩;装置本身及其与结构的连接牢固可靠;车辆驶过时应平顺、无突跳与噪声;可防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞;安装、检查、养护、清污均简易方便。需要强调的是,在设置伸缩装置处,栏杆与桥面铺装都需要断开。公路桥面的伸缩装置种类繁多
17、,不断改进。依据伸缩装置的传力方式及其构造特点,可以把它们分为五类,即对接式、钢制支承式、橡胶组合剪切式、模数支承式、无缝式伸缩装置(含桥面连续构造)。 4. 为什么梁与梁之间要留梁缝?引起梁长变化的因素有哪些?5. 铁路有碴桥面的道碴有何作用?现在客运专线大力推广无碴轨道,你认为有碴和无碴各自的优缺点是什么?铁路有碴桥面的道碴存于道床中,其作用是:减弱对桥的冲击;缓和列车的振动;防止枕木移位;将车轮集中荷载分布到梁顶面;调整轨底标高。6. 桥面的防排水系统有何作用?常用的构造措施和施作方法有哪些?桥面防水层,设置在桥梁行车道板的顶面,三角垫层之上,它将渗透过桥面铺装层或铁路道床的雨水汇集到排
18、水设备(泄水管)排出。防水层要求不透水,有较高的强度、弹性和韧性,耐高温、低温,腐蚀和老化,与沥青混凝土和水泥混凝土的亲和性好,施工安全、简便、快速。为防止雨水积滞于桥面并渗入梁体而影响桥的耐久性,除在桥面铺装内设置防水层外,还应使桥上的雨水被迅速引导排出桥外,为此需设计一个完整的排水系统。在桥面上除设置纵横坡排水外,常常需要设置一定数量的泄水管。铁路桥较窄,以横坡排水为主,道碴槽板上的雨水流向挡碴墙,沿挡碴墙汇流到横向泄水孔排出。当公路桥桥面纵坡大于2% ,而桥长小于50m时,一般能保证通过桥头引道排水,桥上就可不设泄水管。此时,可在引道两侧设置流水槽,以免雨水冲刷引道路基。当桥面纵坡大于2
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