2016年-2017年二学期西南交大钢桥5问答题

1、钢桥第1次作业6 .钢桥的主要特点是什么？具适用范围如何答：主要优点：与常用的其它建筑材料相比，钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度 均较高的匀质材料，而其重量则相对较轻。因此，钢桥具有很大的跨越能力; 钢材有良好的塑性和韧性，是理想的弹塑性体，完全符合目前所采用的计算 方法和基本概念。因此，钢桥计算准确性好，可靠性高；钢桥构件重量轻， 便于运输和拼装，加上便于机械化制造，因此钢桥的施工期较短，可尽快发 挥投资的经济效益；钢桥在受到破坏后，易于修复和更换；钢的塑性和韧性 好，适于承受冲击和动力荷载，有较好的抗震性能。（对于铁路桥梁尤为重 要）主要缺点：钢材易锈蚀，需要经常除锈、油漆，养护费用高；铁路

2、钢桥 采用明桥面时噪声大，不适用于人口密集 区。适用范围：由于目前我国钢材紧缺，因此在一般情况下，大、中跨度的桥梁 才以采用钢桥为主。7 .铁路下承式简支桁架桥的横向联结系的作用是什么？常用的几何图式有 哪些？答：并使两片主桁受力均匀横向联结系的作用：承受并传递横向力，增加结构的横向抗扭刚度，使桥跨 形成空间的稳定结构，常用几何图式有：8 .对简支梁桥，支座的布置原则是什么?一端设置固定支座，一端设置活动支座。对坡道上的桥梁，固定支座应设在 较低一端。9 .简述正交异性板的概念。在钢桥面板（或钢箱梁上翼缘）下布设纵向及横向的、开口或闭口的加劲肋 而形成的一种构造。由于加劲肋在平面纵横两个方向正

3、交，又桥面板在两个 方向的抗弯刚度不同，故得此名。正交异性板具有很高承载能力，可以显著 减轻钢梁的自重。10 .斜拉桥的主要受力构件有哪些？漂浮体系的斜拉桥是什么意思?斜拉桥的主要受力构件有主梁、斜拉索和索塔。在竖向荷载作用下，梁以受 弯为主，塔以受压为主，斜索则承受拉力。对墩塔固结、塔梁分离的斜拉桥，若将中间支点的支承改为吊索，就称 为漂浮体系的斜拉桥。它可以减小索塔支点处梁的负弯矩，但梁的横向变位 应加以约束。11 .图示说明悬索桥的组成及各组成部分的作用。答：悬索桥以主缆、桥塔和锚碇为主要承重构件，以加劲梁、吊索和鞍座等为辅 助构件。桥面荷载经加劲梁、吊索传给主缆，再由主缆传至桥塔和两端

4、的锚碇。 受拉的主缆为主要的承重构件；桥塔受压，作用是支承大缆；锚碇受拉拔反 力，作用是固定主缆端头、防止其走动；加劲梁主要起支承和传递荷载的作 用；吊索的作用是将作用于加劲梁上的恒载及活载向主缆传递；塔顶主鞍用 作主缆跨过塔顶的支承，承受主缆产生的巨大压力并传递给桥塔。12 .栓焊钢桥的制造需经过哪些工艺过程？常规钢桥制造包括下列工艺过程：作样、号料、切割、矫正、边缘加工、制孔、组焊、焊接、整形、检验、试装等。13 .已知某单线铁路简支栓焊桁架桥，跨度l = 64m,设计荷载为中活载, 主桁尺寸如图所示。试计算主桁斜杆 A3E4在主力作用下的杆件内力。1、恒载内力计算(1)包载集度的假定 参

5、照已有设计，取 主桁 14.5 kN/m联结系 2.8 kN/m桥面系 6.8 kN/m高强螺栓 0.5 kN/m检查设备 1.0 kN/m故每片桁梁重 pi= （14.5+2.8+6.8+0.5+1.。+2 = 12.8 kN/m桥面重（双侧设钢筋混凝土人行道板） P2=5 kN/m （每片主桁） 故每片主桁所受恒载集度 p = P1+ p2=12.8 + 5.0 = 17.8 kN/m 可偏安全地取为p = 18 kN/m（2）影响线面积Q的计算作出斜杆A3E4的影响线，如下图所示。则影响线最大纵距4 13.6=0.618y - * 1X理sin ri sind 811it，/7Z_1S

6、_ 4_1 13,6v =x = 0.46411/2sind影响线加载长度及顶点位置,mnd 4x8x8 上+ J =36.57fi-1 8-1；3657-4x836.570,125彳+ 二泪(4+/J = 8x8 36.57 = 27.43却=。口所以，影响线面积Q = - (ZL+/2) y=-x3&57x0.618=11.3022Q' = - (7： + E)，= -；x 27.43x 0.464 = -6.36ZQ = + ' = 1130+(-6,36) =4.94(3)由于恒载所生内力% = p£Q = 18x4.94 = 88.92kV2、列车活

7、载内力计算(1)求换算均布活载k1：+I： = 27,43,'=0.125, = 56.SkN/m 24 +4 =36.57,a= 0.125,竽= 53WU按加载长度及顶点位置查表求得每片主桁的k值(2)冲击系数l + /z = l +40 +Z3-7 2740 + 8x8 '运营动力系数IS181+4f 1 +- 1 += 1.17吃 40 + Z 40 + 8x8(3)活载发展均衡系数"值的计算=1+(amax - a)/6对简支桁架梁桥，跨中弦杆(此算例中为弦杆 A3A3,)的k值最小，故 其a值最大。弦杆A3A3,的加载长度l=64m,顶点位置a =0.5,

8、查表得k = 45.6 kN/m,故N.18(l+)地。+研一(1+4庐 1.27x45.6-0.311则对斜杆A3E488.92Q+/)M L27x53.1xlL3-0.117°-311-01171,032H 5=Q + )M88.92=-0.1941,27x56.8x6,36nr = 1+ ±(.口 一 ")= 1+b"山。出To的(4)活载所生内力(包括冲击力)为：江1 +闺砥=L032xl.27x 53.1x113= 7864i2V+=-1.084x1.27x56.8x6.36=-197.3/W3、主力作用下斜杆A3E4的内力此=Np + r/(

9、l+ /i)Nk = 88,92 + 786,4 = 875.3fcVM = Np +炉 Q += 88.92 - 497.3 = -408.4kV计算疲劳时的最大内力Nn=Np + (1 + 勺)此= 88.92 + L17x 53.1xlL3 = 79L(WN；二也 + (1 + /)M = 88.92-L17x 56.8x 636 = -333.7JWV钢桥第2次作业6 .目前钢桥采用的连接方式有哪些？什么是栓焊钢桥？答：钢桥连接指：包括将型钢、钢板组合成杆件与部件，也包括将部件及杆件连 接成钢桥整体。连接方式有：怫接、焊接、栓接。栓焊钢桥是指工厂（板件的）连接采用焊接，工地（杆件的）连

10、接采用 高强度螺栓连接。7 .下承式桁架桥的桥面构造有哪几种形式？答：有明桥面与道磴桥面两种。8 .钢支座及盆式橡胶支座的活动机理分别是什么？钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动功能的。盆 式橡胶支座是利用橡胶块在三向受力状态下具有流体的性质（适度不均匀压 缩）来实现转动，依靠聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的低摩擦系数来实现水 平位移。9 .主桁杆件的截面形式有哪几种？各有何优缺点？主桁焊接杆件的截面形式主要有两类：H形截面和箱形截面。焊接H形截面由两块竖板（翼板）和一块水平板（腹板）焊接而成。这 种截面的优点是构造简单，易于施焊，焊接变形较易控制，安装方便；不足 的是截面对x

11、-x轴的回转半径比对y-y轴的小很多，当采用H形杆件作压杆 时，基本容许应力的折减相当大。因此，对内力不很大的杆件或长细比相对 较小的压杆，采用H形截面才是比较适宜的。焊接箱形截面由两块竖板和两块水平板焊接而成。其抗扭刚度大，且对两个主轴的回转半径相近，在承受压力方面优于H形杆件。但是箱形截面的杆件制造较费工，焊接变形也较难控制和修整，因此通常只用于内力较大和 长细比较大的压杆或拉一压杆件，一般在特大跨度钢桁梁桥中采用。10 .简述下弦杆的截面设计步骤。下弦杆截面设计的主要步骤如下：1） 从静强度及疲劳强度入手，求所需的净截面积Aj ；2） 根据已有的设计经验，取杆件的净截面积 Aj为毛截面积

12、Am的0.85 倍；3）选定下弦杆的截面形式，根据 Am及决定杆件截面外廓尺寸的原则，确定杆件的宽度b、高度h以及板厚6 ;4）计算杆件端部连接所需要的螺栓数；5）算出实际的净截面积Aj,进行强度、刚度及疲劳的验算，如不满足任 一要求，则需重新设计。11 .下承式钢板梁桥的适用范围？下承式钢板梁桥由于增加了桥面系，用料较多，制造也费工，且其宽度大，无法整孔运送，更增添了装运与架梁的工作量。因此当铁路桥梁需采用板梁桥时，应尽可能不采用下承式而采用上承式。但是，当桥面标高不宜提高而对桥下净空有要求时，则应考虑采用下承式钢板梁桥。这是由于具有建筑高度h （自轨底至梁底）小的优点。12 .与简支桁架桥

13、相比，连续桁架桥有何优点？答：便于采用伸臂法架设钢梁；具有较大的竖向刚度和横向刚度；节约钢材；较易修复。13 .已知某单线铁路简支栓焊桁架桥， 跨度l = 64m,主桁图式及尺寸同题6 3。试计算下弦杆 日日在纵向制动力作用下的杆件内力。解：按相应于下弦杆&曰在主力作用下时的静活载计算。静活载按最不利位置布置，如下图所示，根据结构力学所述方法,当三角形影响线顶点左边的活载之和Ra与顶点右边的活载之和 R满足下列等式时，即为产生最大杆件内力的活载位置。a b220 x 5 + 92工92（30 - 工）+ 80 QO + 工）2440解得x =10.4m故桥上静活载总重 P =220X5

14、 + 92X30 + 80X（10+10.4） =5492kN 制动力 T=0.07P=0.07< 5492 =384.4kN下弦杆艮E4在纵向制动力作用下的杆件内力为T 3844=土一- = ±192.2fcV,22钢桥第3次作业11 .请写出我国已建成的最大跨度的拱桥、斜拉桥及悬索桥的名称、主跨 跨度。拱桥：重庆朝天门长江大桥，552m；斜拉桥：苏通长江公路大桥，1088m； 悬索桥：西猴门大桥，1650m。12 .何为桥面系？具作用是什么？ 桥面系由纵梁、横梁及纵梁间的联结系构成，其作用是支承桥面荷载并将 其传给主桁架。13 .对简支桁架桥，为何需设置上拱度?对桁梁桥挠度

15、的限制可以改善线路的运行质量，但挠度限制过严会给桁梁 桥的设计带来困难，同时会使高强度钢材的使用受到限制。如果在限制挠 度的同时，再把桁梁桥预先做成向上拱的曲线，即预设了上拱度，则较易 满足要求。14 .桁架桥如何进行简化计算？答：简化计算方法的基本原理是：把较复杂的空间结构简化为较简单的平面结 构，近似考虑各平面结构之间的相互作用，按平面结构进行内力计算。将 平面内各杆件轴线所形成的几何图形作为计算图式，并假定桁架各节点均为较接。15 .在主桁弦杆附加力计算中采用有车风力还是无车风力？为什么？答：采用有车风力。对弦杆最不利的组合一般都是桥上有车时的情况。16 .上承式钢板梁桥的主梁采用变截面

16、的形式有哪些？跨度较大时，常做成变截面形式，即翼缘在跨中区段变宽或变厚，或者采 用多层盖板。在截面变化处，沿厚度及宽度方向做成斜坡。17 .已知下弦杆E2E4所受轴力为：主力作用下 N： = 3340 kN,横向附加 力作用下N= 498.9 kN,制动力作用下Nr=192.2 kN,试确定E2E4杆件 的计算内力。解：主力+横向附加力：Nn = Ni + Nw=3340+498.9=3838.9kN叫二也= 3»8£ = 3199 北w < 3340 kN121.2（主力控制）主力+纵向附加力：N产 Ni + NT=3340+192.2=3532.2kNN 3532

17、2已匹二三丝二282176函< 334。枚1251.25力控制）因此下弦杆E2E4的计算内力取为3340 kN钢桥第4次作业11.图示铁路下承式简支桁架桥的主桁架的常用类型，并叙述其主要 特征。7f cu r立科tn E图（a）表示的几何图式称为三角型腹杆体系，构造简单，部件类型 较少，适应设计定型化，有利于制造与安装；图（b）桁架称为豪式 桁架。在竖向荷载作用下，图（b）的竖杆较图（a）的竖杆受力大，受 压斜杆的数量也较多，而且弦杆内力在每个节间都有变化，因而图（b） 采用相对较少；图（c）图（e）为几种上承式桁梁的几何图式。对 于中等跨度的上承式桁梁桥，其主桁图式常用图（c）而较少采

18、用图（d）,这是因为图（d）的端竖杆要传递较大的支承反力，因而端竖 杆用料较多。对于小跨度的桁梁桥，也可做成图（e）所示的结构型 式；对于大跨度（跨度在80 m以上）的下承式铁路桁梁桥，曾经采 用过上弦为折线形的主桁图式，见图（f）。但由于上弦为折线形， 杆件和节点的类型多，不利于制造、安装与修复，因此，这种图式在 我国早已不用了。大跨度的下承式桁梁桥，主桁仍可采用图（ a）所 示的三角型腹杆体系；对于特大跨度的桁梁，主桁常采用图g）所示的再分式或图（h）所示的米字型图式。为了兼顾桥梁工厂现有的设 备（节间长度仍能采用8 m）,且斜杆仍需具有适当的倾度，则采用 图（g）或图（h）可以增大桁高。

19、12 .桥面系的纵梁与横梁是如何连接的？答：在纵梁腹板上设一对连接角钢，与横梁腹板相连，在纵梁上下翼缘上 各设一块鱼形板，与横梁及相邻的纵梁的翼缘相连。13 .支座的主要作用是什么？常用的支座类型有哪些？支座的作用是固定桥跨结构的正确位置， 将上部结构的各种荷载传递 到墩台上，并能适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产 生的变位(位移和转角)，使上、下部结构的实际受力情况符合设计 的计算图式。常用的支座类型有：钢支座及盆式橡胶支座。14 .什么是横向框架效应？答：横向框架由横梁、主桁竖杆和横向联结系的楣部杆件构成。 横向框架 效应是指当横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时， 竖杆的上端和

20、下 端均将产生力矩。15 .引入活载发展均衡系数的作用是什么？为了保证铁路钢桥在较长的时期内能适应机车车辆重量增长的需要 ， 设计时必须为现今使用的列车活载预留一个发展系数。 预留的方法是 让设计容许应力低于实际能容许的应力，也就是有一个预留的活载发 展倍数 n。n=0.2a+1.2其中 a= Np /(1+ QNk 。为了使所有杆件的n达到相同，就引入了活载发展均衡系数 ”， 对不同杆件通过对活载加大不同的 4倍,使各杆均具有相同的amax相 同的nmax。7 =1+(miax-a)/6, 其中：amax为主桁所有杆件的a值中最大者 a = Np /(1+ QNk 16 .简述竖杆的截面设计

21、步骤。竖杆又分为立杆和吊杆。在下承式桁架桥中，立杆不需计算，而采用与吊杆相同的截面尺 寸；吊杆除受到轴向拉力外，还受到横向框架作用产生的弯矩，故吊 杆为拉弯构件。其截面设计的步骤为：先按主力作用下的中心受拉杆件计算出所需的截面积及截面尺 寸，然后按(主力+附加弯矩)作用下的拉弯构件去检算所选截面的 疲劳强度和刚度。17 .吊杆A3日与横梁及横向联结系的楣杆构成的横向框架如下图所 示。已知吊杆A3&的截面惯性矩Is=38200 cm4,横梁的截面惯性矩I b=651000cml,纵梁作用于横梁上的竖向荷载 R=873kN,钢的弹性模量E=2.06X 105MPa。试计算吊杆A3日下端的弯

22、矩值。解：简支横梁跨中最大弯矩M=873X 1.875=1636.9kN m产(a+b)/B=(5750-1875)/5750=0.674B= h' /h=5775/(5775+4580)=0.558横梁在框架面内的刚度系数ib=Eb/B=2.06X 1011 X 651000X 10 - 8/5.75=2.33X 108N - m吊杆在框架面内的刚度系数is= EIs/h' =2.06X 1011X38200X 10- 8/5.775=1.36X 107N m故吊杆A3E3下端的弯矩值为3Mb =："0(2-0.5/J) + 3(2 - 0.5x0558) x2.3

23、3x108L36X107x 0.674x1636.9=101.89西山钢桥第5次作业11 .如何定义钢桥?答：一般是指一座桥梁的桥跨结构用钢（钢板、型钢、铸件、钢丝作为 基本构件）制成，而墩台、索塔等则可用其它材料建造。12 .简支桁架桥如何实现上拱度的设置？答：上拱度曲线取为恒载与一半静活载所生的挠度曲线（但方向相反）。上 拱度设置时，是让各节问下弦杆的长度不变（则纵梁长度就可不变）、 腹杆的长度不变、斜杆和上弦杆的交角不变，而只让上弦杆的理论长度 加长2一'点。13 .简述上弦杆的截面设计步骤。答：上弦杆截面设计的主要步骤如下：1）选定截面形式并估算杆件的长细比 入（包括入x、入y

24、）的值；2）根据估算的4及2y值，取其较大者查表得到整体稳定容许应力 折减系数也，则选取杆件的毛截面积为F3） 根据选取的Am,选配组成杆件的各板件的尺寸，确定杆件宽度b、截面高度h以及板件厚度6值；4）计算所选截面的截面特性，进行总体稳定、局部稳定及刚度的验 算。14 .叙述钢箱梁桥的主要构造特点。答：1）为增强钢梁的整体性，提高梁体抗失稳的能力，沿梁长每隔一定距离 需设置横隔板。多数情况下中间横隔板不是一块实心板，而是与箱梁四 壁连为一体的横向框架。2）当横隔板间距较大时，为防止受压翼缘局部失稳而需设置横向加 劲肋。3）为保证受压翼缘及腹板的局部稳定，在受压区还需设置纵向加劲 肋。15 .现代斜拉桥为何要采用密索距？答：采用密索距有以下优点：主梁中的弯矩小；锚固点的构造简单；伸臂施 工时所需辅助支撑较少；每根斜索的截面较小，斜索制造更换较容易。 16.简述悬索桥的主缆类型及施工方法。答：悬索桥的主缆可采用钢丝绳和平行钢丝束两种形式，前者一般用于小跨 度的悬索桥，后者则适用于各种跨度的悬索桥。钢丝绳由钢丝捻成股， 再由股捻成纯；平行钢丝束先由平行钢丝组成丝股，再由若干丝股组成 密实的主缆，根据其架设方法可分为空中送丝法和预制平行丝股法。17.已知某单线铁路简支栓焊桁架桥，跨度l = 64m,主桁