06年07年二學(xué)期西南交大鋼橋-5問(wèn)答題

6.?鋼橋的主要特點(diǎn)是什么？其適用范圍如何答：主要優(yōu)點(diǎn)：?與常用的其它建筑材料相比，鋼材是一種抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度均較高的勻質(zhì)材料，而其重量則相對(duì)較輕。因此，鋼橋具有很大的跨越能力；鋼材有良好的塑性和韌性，是理想的彈塑性體，完全符合目前所采用的計(jì)算方法和基本概念。因此，鋼橋計(jì)算準(zhǔn)確性好，可靠性高；鋼橋構(gòu)件重量輕，便于運(yùn)輸和拼裝，加上便于機(jī)械化制造，因此鋼橋的施工期較短，可盡快發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益；鋼橋在受到破壞后，易于修復(fù)和更換；鋼的塑性和韌性好，適于承受沖擊和動(dòng)力荷載，有較好的抗震性能。（對(duì)于鐵路橋梁尤為重要）主要缺點(diǎn)：鋼材易銹蝕，需要經(jīng)常除銹、油漆，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高；鐵路鋼橋采用明橋面時(shí)噪聲大，不適用于人口密集?區(qū)。適用范圍：由于目前我國(guó)鋼材緊缺，因此在一般情況下，大、中跨度的橋梁才以采用鋼橋?yàn)橹?。鋼橋?次作業(yè)7.?鐵路下承式簡(jiǎn)支桁架橋的橫向聯(lián)結(jié)系的作用是什么？常用的幾何圖式有哪些？答：橫向聯(lián)結(jié)系的作用：承受并傳遞橫向力，增加結(jié)構(gòu)的橫向抗扭剛度，使橋跨形成空間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并使兩片主桁受力均勻。常用幾何圖式有：8.?對(duì)簡(jiǎn)支梁橋，支座的布置原則是什么？答：一端設(shè)置固定支座，一端設(shè)置活動(dòng)支座。對(duì)坡道上的橋梁，固定支座應(yīng)設(shè)在較低一端。9.?簡(jiǎn)述正交異性板的概念。答：在鋼橋面板（或鋼箱梁上翼緣）下布設(shè)縱向及橫向的、開(kāi)口或閉口的加勁肋而形成的一種構(gòu)造。由于加勁肋在平面縱橫兩個(gè)方向正交，又橋面板在兩個(gè)方向的抗彎剛度不同，故得此名。正交異性板具有很高承載能力，可以顯著減輕鋼梁的自重。10.?斜拉橋的主要受力構(gòu)件有哪些？?漂浮體系的斜拉橋是什么意思？答：斜拉橋的主要受力構(gòu)件有主梁、斜拉索和索塔。在豎向荷載作用下，梁以受彎為主，塔以受壓為主，斜索則承受拉力。對(duì)墩塔固結(jié)、塔梁分離的斜拉橋，若將中間支點(diǎn)的支承改為吊索，就稱為漂浮體系的斜拉橋。它可以減小索塔支點(diǎn)處梁的負(fù)彎矩，但梁的橫向變位應(yīng)加以約束。11.?圖示說(shuō)明懸索橋的組成及各組成部分的作用。答：懸索橋以主纜、橋塔和錨碇為主要承重構(gòu)件，以加勁梁、吊索和鞍座等為輔助構(gòu)件。橋面荷載經(jīng)加勁梁、吊索傳給主纜，再由主纜傳至橋塔和兩端的錨碇。受拉的主纜為主要的承重構(gòu)件；橋塔受壓，作用是支承大纜；錨碇受拉拔反力，作用是固定主纜端頭、防止其走動(dòng)；加勁梁主要起支承和傳遞荷載的作用；吊索的作用是將作用于加勁梁上的恒載及活載向主纜傳遞；塔頂主鞍用作主纜跨過(guò)塔頂?shù)闹С?，承受主纜產(chǎn)生的巨大壓力并傳遞給橋塔。12.?栓焊鋼橋的制造需經(jīng)過(guò)哪些工藝過(guò)程？答：常規(guī)鋼橋制造包括下列工藝過(guò)程：作樣、號(hào)料、切割、矯正、邊緣加工、制孔、組焊、焊接、整形、檢驗(yàn)、試裝等。13.?已知某單線鐵路簡(jiǎn)支栓焊桁架橋，跨度l=64m，設(shè)計(jì)荷載為中活載，主桁尺寸如圖所示。試計(jì)算主桁斜桿A3E4在主力作用下的桿件內(nèi)力。答：1、恒載內(nèi)力計(jì)算（1）恒載集度的假定參照已有設(shè)計(jì)，取主桁14.5kN/m聯(lián)結(jié)系2.8kN/m橋面系6.8kN/m高強(qiáng)螺栓0.5kN/m檢查設(shè)備1.0kN/m故每片桁梁重p1=（14.5+2.8+6.8+0.5+1.0）÷2=12.8kN/m橋面重（雙側(cè)設(shè)鋼筋混凝土人行道板）p2=5kN/m（每片主桁）故每片主桁所受恒載集度p=p1+p2=12.8+5.0=17.8kN/m可偏安全地取為p=18kN/m（2）影響線面積Ω的計(jì)算作出斜桿A3E4的影響線，如下圖所示。則影響線最大縱距影響線加載長(zhǎng)度及頂點(diǎn)位置????????????所以，影響線面積（3）由于恒載所生內(nèi)力2、列車活載內(nèi)力計(jì)算（1）求換算均布活載k按加載長(zhǎng)度及頂點(diǎn)位置查表求得每片主桁的k值（2）沖擊系數(shù)運(yùn)營(yíng)動(dòng)力系數(shù)（3）活載發(fā)展均衡系數(shù)η值的計(jì)算???????????????????????????????η=1+(amax-a)/6對(duì)簡(jiǎn)支桁架梁橋，跨中弦桿（此算例中為弦桿A3A3′）的k值最小，故其a值最大。弦桿A3A3′的加載長(zhǎng)度l=64m，頂點(diǎn)位置α=0.5，查表得k=45.6kN/m，故則對(duì)斜桿A3E4（4）活載所生內(nèi)力（包括沖擊力）為：3、主力作用下斜桿A3E4的內(nèi)力計(jì)算疲勞時(shí)的最大內(nèi)力?鋼橋第2次作業(yè)6.?目前鋼橋采用的連接方式有哪些？什么是栓焊鋼橋？答：鋼橋連接指：包括將型鋼、鋼板組合成桿件與部件，也包括將部件及桿件連接成鋼橋整體。連接方式有：鉚接、焊接、栓接。栓焊鋼橋是指工廠（板件的）連接采用焊接，工地（桿件的）連接采用高強(qiáng)度螺栓連接。?7.?下承式桁架橋的橋面構(gòu)造有哪幾種形式？答：有明橋面與道碴橋面兩種。8.?鋼支座及盆式橡膠支座的活動(dòng)機(jī)理分別是什么？答：鋼支座是靠鋼部件的滾動(dòng)、搖動(dòng)和滑動(dòng)來(lái)完成支座的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)功能的。盆式橡膠支座是利用橡膠塊在三向受力狀態(tài)下具有流體的性質(zhì)（適度不均勻壓縮）來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間的低摩擦系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水平位移。9.?主桁桿件的截面形式有哪幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：主桁焊接桿件的截面形式主要有兩類：H形截面和箱形截面。焊接H形截面由兩塊豎板（翼板）和一塊水平板（腹板）焊接而成。這種截面的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于施焊，焊接變形較易控制，安裝方便；不足的是截面對(duì)x-x軸的回轉(zhuǎn)半徑比對(duì)y-y軸的小很多，當(dāng)采用H形桿件作壓桿時(shí)，基本容許應(yīng)力的折減相當(dāng)大。因此，對(duì)內(nèi)力不很大的桿件或長(zhǎng)細(xì)比相對(duì)較小的壓桿，采用H形截面才是比較適宜的。焊接箱形截面由兩塊豎板和兩塊水平板焊接而成。其抗扭剛度大，且對(duì)兩個(gè)主軸的回轉(zhuǎn)半徑相近，在承受壓力方面優(yōu)于H形桿件。但是箱形截面的桿件制造較費(fèi)工，焊接變形也較難控制和修整，因此通常只用于內(nèi)力較大和長(zhǎng)細(xì)比較大的壓桿或拉—壓桿件，一般在特大跨度鋼桁梁橋中采用。10.?簡(jiǎn)述下弦桿的截面設(shè)計(jì)步驟。答：下弦桿截面設(shè)計(jì)的主要步驟如下：1）?????????從靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度入手，求所需的凈截面積Aj；2）?????????根據(jù)已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取桿件的凈截面積Aj為毛截面積Am的0.85倍；3）選定下弦桿的截面形式，根據(jù)Am及決定桿件截面外廓尺寸的原則，確定桿件的寬度b、高度h以及板厚δ；4）計(jì)算桿件端部連接所需要的螺栓數(shù)；5）算出實(shí)際的凈截面積Aj，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及疲勞的驗(yàn)算，如不滿足任一要求，則需重新設(shè)計(jì)。11.?下承式鋼板梁橋的適用范圍？答：下承式鋼板梁橋由于增加了橋面系，用料較多，制造也費(fèi)工，且其寬度大，無(wú)法整孔運(yùn)送，更增添了裝運(yùn)與架梁的工作量。因此當(dāng)鐵路橋梁需采用板梁橋時(shí)，應(yīng)盡可能不采用下承式而采用上承式。但是，當(dāng)橋面標(biāo)高不宜提高而對(duì)橋下凈空有要求時(shí)，則應(yīng)考慮采用下承式鋼板梁橋。這是由于其有建筑高度h（自軌底至梁底）小的優(yōu)點(diǎn)。12.?與簡(jiǎn)支桁架橋相比，連續(xù)桁架橋有何優(yōu)點(diǎn)？答：便于采用伸臂法架設(shè)鋼梁；具有較大的豎向剛度和橫向剛度；節(jié)約鋼材；較易修復(fù)。13.?已知某單線鐵路簡(jiǎn)支栓焊桁架橋，跨度l=64m，主桁圖式及尺寸同題63。試計(jì)算下弦桿E2E4在縱向制動(dòng)力作用下的桿件內(nèi)力。答：解：按相應(yīng)于下弦桿E2E4在主力作用下時(shí)的靜活載計(jì)算。靜活載按最不利位置布置，如下圖所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)所述方法，當(dāng)三角形影響線頂點(diǎn)左邊的活載之和Ra與頂點(diǎn)右邊的活載之和Rb滿足下列等式時(shí)，即為產(chǎn)生最大桿件內(nèi)力的活載位置。解得x=10.4m故橋上靜活載總重P=220×5+92×30+80×(10+10.4)=5492kN制動(dòng)力T=0.07P=0.07×5492=384.4kN下弦桿E2E4在縱向制動(dòng)力作用下的桿件內(nèi)力為鋼橋第3次作業(yè)11.?請(qǐng)寫(xiě)出我國(guó)已建成的最大跨度的拱橋、斜拉橋及懸索橋的名稱、主跨跨度。答：拱橋：重慶朝天門(mén)長(zhǎng)江大橋，552m；斜拉橋：蘇通長(zhǎng)江公路大橋，1088m；懸索橋：西堠門(mén)大橋，1650m。12.?何為橋面系？其作用是什么？答：橋面系由縱梁、橫梁及縱梁間的聯(lián)結(jié)系構(gòu)成，其作用是支承橋面荷載并將其傳給主桁架。13.?對(duì)簡(jiǎn)支桁架橋，為何需設(shè)置上拱度？答：對(duì)桁梁橋撓度的限制可以改善線路的運(yùn)行質(zhì)量，但撓度限制過(guò)嚴(yán)會(huì)給桁梁橋的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，同時(shí)會(huì)使高強(qiáng)度鋼材的使用受到限制。如果在限制撓度的同時(shí)，再把桁梁橋預(yù)先做成向上拱的曲線，即預(yù)設(shè)了上拱度，則較易滿足要求。14.?桁架橋如何進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算？答：簡(jiǎn)化計(jì)算方法的基本原理是：把較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為較簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，近似考慮各平面結(jié)構(gòu)之間的相互作用，按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。將平面內(nèi)各桿件軸線所形成的幾何圖形作為計(jì)算圖式，并假定桁架各節(jié)點(diǎn)均為鉸接。15.?在主桁弦桿附加力計(jì)算中采用有車風(fēng)力還是無(wú)車風(fēng)力？為什么？答：采用有車風(fēng)力。對(duì)弦桿最不利的組合一般都是橋上有車時(shí)的情況。16.?上承式鋼板梁橋的主梁采用變截面的形式有哪些？答：跨度較大時(shí)，常做成變截面形式，即翼緣在跨中區(qū)段變寬或變厚，或者采用多層蓋板。在截面變化處，沿厚度及寬度方向做成斜坡。17.?已知下弦桿E2E4所受軸力為：主力作用下NⅠ=3340kN，橫向附加力作用下Nw=498.9kN，制動(dòng)力作用下NT=192.2kN，試確定E2E4桿件的計(jì)算內(nèi)力。答：解：主力+橫向附加力：NⅡ=NⅠ+Nw=3340+498.9=3838.9?kN（主力控制）主力+縱向附加力：?????NⅢ=NⅠ+NT=3340+192.2=3532.2?kN?????????????????????????????????????????（主力控制）因此下弦桿E2E4的計(jì)算內(nèi)力取為3340kN。鋼橋第4次作業(yè)11.?圖示鐵路下承式簡(jiǎn)支桁架橋的主桁架的常用類型，并敘述其主要特征。答：圖（a）表示的幾何圖式稱為三角型腹桿體系，構(gòu)造簡(jiǎn)單，部件類型較少，適應(yīng)設(shè)計(jì)定型化，有利于制造與安裝；圖（b）桁架稱為豪式桁架。在豎向荷載作用下，圖（b）的豎桿較圖(a)的豎桿受力大，受壓斜桿的數(shù)量也較多，而且弦桿內(nèi)力在每個(gè)節(jié)間都有變化，因而圖（b）采用相對(duì)較少；圖（c）～圖（e）為幾種上承式桁梁的幾何圖式。對(duì)于中等跨度的上承式桁梁橋，其主桁圖式常用圖（c）而較少采用圖（d），這是因?yàn)閳D（d）的端豎桿要傳遞較大的支承反力，因而端豎桿用料較多。對(duì)于小跨度的桁梁橋，也可做成圖（e）所示的結(jié)構(gòu)型式；對(duì)于大跨度（跨度在80m以上）的下承式鐵路桁梁橋，曾經(jīng)采用過(guò)上弦為折線形的主桁圖式，見(jiàn)圖（f）。但由于上弦為折線形，桿件和節(jié)點(diǎn)的類型多，不利于制造、安裝與修復(fù)，因此，這種圖式在我國(guó)早已不用了。大跨度的下承式桁梁橋，主桁仍可采用圖（a）所示的三角型腹桿體系；對(duì)于特大跨度的桁梁，主桁常采用圖g）所示的再分式或圖（h）所示的米字型圖式。為了兼顧橋梁工廠現(xiàn)有的設(shè)備（節(jié)間長(zhǎng)度仍能采用8m），且斜桿仍需具有適當(dāng)?shù)膬A度，則采用圖（g）或圖（h）可以增大桁高。12.?橋面系的縱梁與橫梁是如何連接的？答：在縱梁腹板上設(shè)一對(duì)連接角鋼，與橫梁腹板相連，在縱梁上下翼緣上各設(shè)一塊魚(yú)形板，與橫梁及相鄰的縱梁的翼緣相連。13.?支座的主要作用是什么？常用的支座類型有哪些？答：支座的作用是固定橋跨結(jié)構(gòu)的正確位置，將上部結(jié)構(gòu)的各種荷載傳遞到墩臺(tái)上，并能適應(yīng)活載、溫度變化、混凝土收縮與徐變等因素所產(chǎn)生的變位（位移和轉(zhuǎn)角），使上、下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況符合設(shè)計(jì)的計(jì)算圖式。常用的支座類型有：鋼支座及盆式橡膠支座。14.?什么是橫向框架效應(yīng)？答：橫向框架由橫梁、主桁豎桿和橫向聯(lián)結(jié)系的楣部桿件構(gòu)成。橫向框架效應(yīng)是指當(dāng)橫梁在豎向荷載作用下梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎桿的上端和下端均將產(chǎn)生力矩。15.?引入活載發(fā)展均衡系數(shù)的作用是什么？答：為了保證鐵路鋼橋在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)能適應(yīng)機(jī)車車輛重量增長(zhǎng)的需要,設(shè)計(jì)時(shí)必須為現(xiàn)今使用的列車活載預(yù)留一個(gè)發(fā)展系數(shù)。預(yù)留的方法是讓設(shè)計(jì)容許應(yīng)力低于實(shí)際能容許的應(yīng)力，也就是有一個(gè)預(yù)留的活載發(fā)展倍數(shù)n。n=0.2a+1.2,其中a=NP/[(1+μ)Nk]。為了使所有桿件的n達(dá)到相同，就引入了活載發(fā)展均衡系數(shù)η?，對(duì)不同桿件通過(guò)對(duì)活載加大不同的η?倍，使各桿均具有相同的amax，?相同的nmax?。η=1+(amax-a)/6，其中：amax?為主桁所有桿件的a值中最大者a=NP/[(1+μ)Nk]16.?簡(jiǎn)述豎桿的截面設(shè)計(jì)步驟。答：豎桿又分為立桿和吊桿。在下承式桁架橋中，立桿不需計(jì)算，而采用與吊桿相同的截面尺寸；吊桿除受到軸向拉力外，還受到橫向框架作用產(chǎn)生的彎矩，故吊桿為拉彎構(gòu)件。其截面設(shè)計(jì)的步驟為：先按主力作用下的中心受拉桿件計(jì)算出所需的截面積及截面尺寸，然后按（主力＋附加彎矩）作用下的拉彎構(gòu)件去檢算所選截面的疲勞強(qiáng)度和剛度。17.?吊桿A3E3與橫梁及橫向聯(lián)結(jié)系的楣桿構(gòu)成的橫向框架如下圖所示。已知吊桿A3E3的截面慣性矩Is=38200cm4，橫梁的截面慣性矩Ib=651000cm4，縱梁作用于橫梁上的豎向荷載R=873kN，鋼的彈性模量E=2.06×105MPa。試計(jì)算吊桿A3E3下端的彎矩值。答：解：簡(jiǎn)支橫梁跨中最大彎矩M=873×1.875=1636.9kN·mμ＝(a+b)/B=(5750-1875)/5750=0.674β＝h′/h=5775/(5775+4580)=0.558橫梁在框架面內(nèi)的剛度系數(shù)ib＝EIb／B=2.06×1011×651000×10﹣8/5.75=2.33×108N·m吊桿在框架面內(nèi)的剛度系數(shù)is＝EIs／h′＝2.06×1011×38200×10﹣8/5.775=1.36×107N·m故吊桿A3E3下端的彎矩值為鋼橋第5次作業(yè)11.?如何定義鋼橋？答：一般是指一座橋梁的橋跨結(jié)構(gòu)用鋼（鋼板、型鋼、鑄件、鋼絲作為基本構(gòu)件）制成，而墩臺(tái)、索塔等則可用其它材料建造。12.?簡(jiǎn)支桁架橋如何實(shí)現(xiàn)上拱度的設(shè)置？答：上拱度曲線取為恒載與一半靜活載所生的撓度曲線（但方向相反）。上拱度設(shè)置時(shí)，是讓各節(jié)間下弦桿的長(zhǎng)度不變（則縱梁長(zhǎng)度就可不變）、腹桿的長(zhǎng)度不變、斜桿和上弦桿的交角不變，而只讓上弦桿的理論長(zhǎng)度加長(zhǎng)一點(diǎn)。13.?簡(jiǎn)述上弦桿的截面設(shè)計(jì)步驟。答：上弦桿截面設(shè)計(jì)的主要步驟如下：1）選定截面形式并估算桿件的長(zhǎng)細(xì)比λ（包括λx、λy）的值；2）根據(jù)估算的λx及λy值，取其較大者查表得到整體穩(wěn)定容許應(yīng)力折減系數(shù)φ1，則選取桿件的毛截面積為?3）?????????根據(jù)選取的Am，選配組成桿件的各板件的尺寸，確定桿件寬度b、截面高度h以及板件厚度δ值；4）計(jì)算所選截面的截面特性，進(jìn)行總體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定及剛度的驗(yàn)算。14.?敘述鋼箱梁橋的主要構(gòu)造特點(diǎn)。答：1）為增強(qiáng)鋼梁的整體性，提高梁體抗失穩(wěn)的能力，沿梁長(zhǎng)每隔一定距離需設(shè)置橫隔板。多數(shù)情況下中間橫隔板不是一塊實(shí)心板，而是與箱梁四壁連為一體的橫向框架。2）當(dāng)橫隔板間距較大時(shí)，為防止受壓翼緣局部失穩(wěn)而需設(shè)置橫向加勁肋。3）為保證受壓翼緣及腹板的局部穩(wěn)定，在受壓區(qū)還需設(shè)置縱向加勁肋。15.?現(xiàn)代斜拉橋?yàn)楹我捎妹芩骶?？答：采用密索距有以下?yōu)點(diǎn)：主梁中的彎矩小；錨固點(diǎn)的構(gòu)造簡(jiǎn)單；伸臂施工