桥梁高等设计理论
1.箱型梁结构有何特点？
（1）截面抗扭刚度大，具有良好的稳定性
（2）顶底板具有较大混凝土面积，能有效抵抗正负弯矩，并满足配筋要求。
（3）适应现代化施工方法要求，如悬臂施工法，顶推法。
（4）承重与传力结构相结合，共同受力，截面效率高，适应预应力钢筋的空间布束，经济效果好。
（5）适合于修建曲线桥。
（6）不足之处：箱型结构属于薄壁结构，需配置大量的构造钢筋。对于中等跨径桥梁，有时用钢量比工字梁或T 梁大；对于大跨径桥梁，箱梁属于实腹式梁，比空腹式的桁架式结构自重大。由于三向预应力的应用，可采用薄壁、少肋的所谓宽箱截面，收到良好经济效果。
2.试述箱型梁截面的构造特点。
(1)外形：由顶板、底板、肋板及梗腋组成
1）顶板：除承受结构正负弯矩外，还承受车辆荷载直接作用。对承受负弯矩为主的T 形刚构桥，在顶板需配置众多的预应力钢束，为满足布束要求，厚度一般取为18-25cm 。
2）底板：主要承受正负弯矩。采用悬臂施工时，梁下缘承受很大的压应力；同时在施工中还要承受挂篮底模板的吊点反力。在T 形刚构桥和连续梁桥中，底板厚度随梁的负弯矩增大而加厚。底板最小厚度15cm 。
3）肋板：承受截面剪应力和主拉应力，并承受局部荷载产生的横向弯矩，厚度需满足布束及浇筑混凝土的要求，以及锚头锚固的需要，翼板厚度20-35cm 。大跨径桥梁采用变厚度。
4）梗腋：顶板和肋板交接处设置梗腋，以提高截面的抗扭刚度为目的设置，其斜度可按1:1，也可1:2或2:1设计。
(2)箱形截面的配筋
1）纵向预应力筋：结构的主要受力钢筋，根据正负弯矩的需要一般布置在顶板和底板内，部分上弯或下弯而锚于肋板，以产生预剪力。
2）横向预应力筋：当箱梁肋板间距较大，或者箱的悬臂板长度较长时设置。横向预应力钢筋一般为直线形，布置在顶板的上下两层钢筋网间，锚固于悬臂板端。
3）竖向预应力筋：当肋板中的剪应力或者主拉应力较大，配置普通钢筋满足不了要求时设置。竖向预应力钢筋一般下端埋入肋板混凝土，上端锚于顶板顶面。
4）普通钢筋：根据受力需要，或为防止和限制由于温度变化及混凝土收缩而引起的混凝土裂缝等构造要求，一般都配置两层钢筋网。
3.在偏心荷载作用下，箱型梁会产生哪几种变形状态？对应于各种变形状态会出现哪些应力？
在偏心荷载作用下，箱型梁将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。
（1）纵向弯曲：产生竖向变形f ，在横截面上引起纵向正应力M σ和M τ。
（2）刚性扭转：刚性扭转即受扭时箱型的周边不变形。产生扭转角θ。分自由扭转与约束扭转。 自由扭转：只产生自由扭转剪应力K τ。约束扭转：在截面上产生翘曲正应力w σ和约束扭转剪应力w τ。
（3）畸变（即受扭时周边变形）：畸变的主要变形特征是畸变角γ。产生翘曲正应力dw σ和畸变剪应力dw τ。
（4）横向弯曲：畸变还会引起箱形截面各板的横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力dt σ（纵截面上）。
（5）局部荷载：车辆荷载作用于顶板，除直接受荷载部分产生横向弯曲外，由于整个截面形成超静定结构，因而引起其它各部分也产生横向弯曲，使各板的纵截面上产生横向弯曲正应力c σ及剪应力。
4.薄壁杆件弯曲分析的基本假定是什么？
薄壁杆件尺寸限制：杆件的宽度与长度之比l d /和壁厚与宽度之比d t /均小于（或等于）0.1。
基本假定：
（1）平截面假定：①假定杆件变形后横截面仍保持为平面；②变形后横截面仍然垂直于中和轴。
（2）线性假定。即应力与应变呈线形关系，满足虎克定律。
（3）小变形假定：即忽略杆件变形引起的二次力的影响，与假定（2）联系，表明讨论限于线弹性分析，因此适用叠加原理。
（4）假定弯曲剪应力沿壁厚均匀分布。在研究弯曲变形时，假定无扭矩作用，且轴向力沿杆轴无变化（N =常数）或等于零。
5.对于下图所示的开口截面，若假定剪应力沿壁厚均匀分布，试证明截面正应力与剪应力之间的关系式为：
0=??+??z
t s q σ 引入剪力流公式：t q τ=，由 0=∑z 得
0)()(=-??++-??+qdz dz ds s
q q tds tds dz z σσσ 得到正应力与剪力流间的关系方程：0=??+??z t s q σ
6.何谓剪力中心？有人把剪力中心又称为弯曲中心，为什么？
薄壁（杆件）截面剪力流的合力),(y x Q Q 作用点),(00y x S 成为剪力中心。各截面剪力中心的连线称为剪力中心线。对于等截面直杆，它为与杆轴线方向平行的直线。当横向力作用于剪力中心线上时，由剪力中心的定义可知，该横向力产生的弯曲剪应力的合力将与此横向力相应的截面剪力平衡，杆件仅发生弯曲而无扭转（x 和y 方向的位移u 、v 不等于零，扭转角0=?），因此剪力中心又称为弯曲中心。
7.开口截面上任一点的扇形坐标、扇形惯矩的定义如何？
定义ds d c c ρω=，则ds S c c ?=
00ρω 并定义：xtds I S c x ?=00ωω，ytds I S c y ?=0
0ωω
c ω表示截面是任一点P 的曲线坐标S 与C 点（称极点）组成的扇形面积（COP ）的两倍。当C 点与O 点一定时，P 点的位置由c ω唯一确定，故称c ω为P 点的扇形坐标，而x I ω及y I ω则称为截面的扇形惯积。
8.闭合截面上任一点的广义扇形坐标、广义扇形惯矩的定义如何？
定义
???-
=S S
c c t ds t ds A ds 002ρω ?=xtds I c x ωω，?=ytds I c y ωω c ω为广义扇形坐标，x I ω及y I ω为广义扇形惯矩。
9.何谓剪力滞现象？试绘出薄壁箱梁的弯曲正应力示意图。并说明剪力滞系数的概念。
在箱型梁中，产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板，而剪应力在翼板上的分布是不均匀的，在肋板与翼板的交接处最大，随着离开肋板而逐渐减小，因此，剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。由于翼板剪切变形的不均匀性，引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移，所以弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。这种由于翼板的剪切变形造成的弯曲正应力沿梁宽方向不均匀分布的现象称为剪力滞现象或称为剪力滞后效应。
为了简便地描述箱型梁中剪力滞对弯曲正应力的影响，引入剪力滞系数λ的概念，
σ
σλ==的正应力按梁弯曲初等理论求得正应力考虑剪力滞效应求得的
10.试述微分与变分的区别。
自变量不变（即x 不变）而仅仅由于曲线函数的无穷小变化而引起的纵坐标的增加称为自变函数的变分，记为y δ；另外仍然用高等数学中的定义，曲线不变，由于自变量x 的变化dx 所引起的纵坐标的增加称为函数的微分，记为dy 。
11.变分法求解矩形箱梁剪力滞效应的基本假定有哪些？
宽箱梁在对称挠曲时，上下翼板因为剪切变形的影响，已经不符合初等梁理论中变形时保持平截面的假定，用一个广义位移即梁的挠度)(x w 来描述箱梁的挠曲变形已经不够。
在应用最小势能原理分析箱梁挠曲时，必须引入两个广义位移概念。梁的竖向挠度用)(x w 表示，梁的纵向位移用),(y x u 描述。
)(x w w = （1）
)](1[),(33x u b y dx dw h y x u i ???
? ??-+±= （2） 式中：),(y x u —梁的纵向位移；
)(x u —翼板剪切变形（转角）的最大差值，它并非唯一变量；
b —箱室净宽的一半；
i h —截面形心到上下板的距离。
公式（2）是对E. Reissner 用的二次抛物线形的修正。即假定翼板的纵向位移沿横向为三次抛物线分布，此假定符合实测结果。式（1）与式（2）是坐标的连续函数，它们均满足变形协调条件。式（2）还满足在腹板与翼板交界处（b y ±=）的变形连续条件。
在应变能计算中，腹板仍然采用梁的变形（按平截面假定），不考虑腹板的剪切变形。对上下翼板，板的竖向纤维无挤压，即竖向应变0=z ε。板平面外的剪切变形xz γ与yz γ及横向应变y ε均很小，可忽略不计。
12. 对于等截面梁，剪力滞效应沿跨度方向是如何分布的（分简支、连续两种情况叙述）
（1）简支梁承受集中荷载时，集中力越接近支点，λ愈大。另外，在集中力作用下，剪力滞的影响区域比较窄。
简支梁受均布荷载时，剪力滞的影响在靠近支座处最大，跨中截面受剪力滞影响较小。
（2）连续梁承受均布荷载时，在正弯矩的区的剪力滞效应与简支梁类似；在负弯矩区，支座附近截面受剪力滞效应影响比较大但靠近弯矩零点区域则出现负剪力滞效应的现象
13. 从式（3-44）分析出现负剪力滞效应的原因
肋板与翼板交界处（b y ±=）的弯曲剪应力 )(F i e M M I
h +±=σ 当MF 与M 异号时，肋板与翼板交界处的弯曲正应力e σ反而要比梁弯曲初等理论计算的值小，
这就是负剪力滞效应。
14. 自由扭转与约束扭转有什么区别？
自由扭转截面纵向翘曲不受约束，截面上只存在扭转剪应力而无正应力
约束扭转除了存在自由扭转剪应力外，还有因纵向位移受约束而产生的附加正应力及相应的附加剪应力。
15. 何为比拟法？自由扭转分析一般采用薄膜比拟法，试列出两者的比拟关系
在自然界有一些本质上完全不同的物理现象，却可以用同样的数学规律来描述。这样，如果我们借助于某种试验或近似方法，对其中一种物理现象取得有关的量，从而推出另一种物理现象，这种方法叫比拟法。 自由扭转与薄膜之间的比拟关系：
项目 扭转 薄膜 比拟关系
微分方程 z G y x ??-=??+??ψψψ22222 T
P y w x w -=??+??2222 z G T P ??=ψ2 函数
应力函数ψ 挠度w ψ=w
一阶
导数 剪应力x y yz xz ??-=??=
ψτψτ 斜率x w y w ???? x w y w yz xz ??-=??=
ττ 积分 扭矩??=A Z dxdy M ψ2 体积??=A wdxdy V 22 V M Z 2=
16. 试叙述约束扭转分析中的基本假定
薄壁杆件约束扭转中除平截面假定、线性假定、小变形假定和周边投影不变形假定外还有：
1.约束扭转产生的正应力和剪应力沿壁厚均匀分布，并且杆件纵向纤维间不存在正应力；
2.在约束扭转中，杆件纵向翘曲位移w 采用自由扭转时的表达式。
17. 求梯形箱梁的畸变荷载
18. 畸变产生的位移包括哪几种？等截面箱梁畸变结构分析中采用了那些基本假定？
畸变位移包括：1. 横向产生畸变横挠，即垂直于各板单元平面的位移；2. 纵向产生畸变翘曲，即因各板的横挠而产生了相应的梁轴线方向的挠曲位移。
基本假定： 将畸变横挠和纵向畸变翘曲的两种变形及相应的力系分开考虑。
组成箱梁各板沿自身平面的挠曲满足平截面假定，可应用初等梁理论计算 其挠度和挠曲应力；
箱梁壁很薄，可以不考虑应力沿壁厚方向的变化，即认为翘曲正应力和剪 应力沿壁厚均匀分布
19. 在应用弹性地基梁比拟求解箱梁畸变问题时，对于剪力刚性，但可以自由翘曲的横隔板、剪力柔性，又可以自由翘曲的横隔板、剪力刚性，又翘曲刚性的横隔板，分别对应于弹性地基
梁的什么边界条件？请用示意图说明
剪力刚性，但可以自由翘曲的横隔板，相当于一个简支支座；
剪力柔性，又可以自由翘曲的横隔板，相应于一个弹性支座；
剪力刚性，又翘曲刚性的横隔板，相应于一个固定支座
20.弯梁桥区别于直梁桥的主要受力特点有哪些？
1. 曲线桥外边缘弯曲应力大于内边缘，而在直线桥中无此特点；
2. 曲线桥外边缘挠度大于内边缘挠度；
3. 曲线桥中无论恒载还是可变荷载都会产生扭矩，“弯扭耦合”现象在曲线桥中占重要地位。
21.弯梁桥纵向分析的前提条件是什么？
（1）横截面各项尺寸与跨长相比很小，这样才容许将实际结构作为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件来处理。
（2）曲线梁的横截面在变形后仍然保持为平面；
（3）曲线梁变形后，横截面的周边形状保持不变，即截面不发生畸变；
（4）截面的剪切中心轴线与截面形心轴心相重合。
23.弯梁桥和直线梁桥的内力或变形的横向分布有何不同？
答：荷载横向分布的实质应该是内力或变形的横向分布。
直梁桥：内力与挠度横向分布的差别一般很小，因此通常采用主梁挠度横向分布
规律来确定内力的横向分布，并形象地引用荷载横向分布的概念。理论上已经证明，
当等截面简支梁桥采用半波正弦荷载时，内力，挠度的横向分布与荷载的横向分布存
在着精确的等值关系。
弯梁桥：由于弯扭耦合，不存在内力、挠度的横向分布与荷载横向分布之间的等
效关系，因此弯梁桥中各种内力与变形的横向分布一般均不相同。按目前习惯，弯梁
桥的横向分布仍沿用荷载横向分布的概念。
弯梁桥中由于弯扭耦合作用，无法采用对弯、扭分别求解而后叠加的方法，更不
能忽略主梁的抗扭刚度，否则会导致太大的误差。因此，在计算弯梁桥的横向分布
时，不仅要考虑竖向力的横向分布，而且应考虑扭矩的横向分布。
24.列举几种弯梁桥横向分布的计算方法，选择一种说明其基本假定或适用范围。
答：（1）梁格理论。假定弯梁桥结构为弯主梁与横梁处在弹性支承关系的格构，利用结点挠度和扭角关系找出结力点，进而求出横向分布规律。
（2）梁系理论。
（3）比拟正交异性曲板理论。
25.标出下图两座斜桥的斜角和斜度，并说明左斜还是右斜？
26.影响斜板桥受力的因素有哪些？斜板桥的受力特点如何？
答：受力因素：斜交角、宽跨比、支承形式。
受力特点：1.支承边反力，钝角大，锐角小。2.跨中主弯矩方向接近平行自由边。3.钝角负弯矩。
4.横向弯矩，比同等跨径直桥大得多，沿自由边横向弯矩还出现负号。
5.扭矩，锐角处有起翘趋势。
6.斜桥爬移。
27斜肋梁桥受力特点如何？
答：斜肋梁桥主要由纵向梁肋、横隔板和桥道板等三部分构成。
（1）自重作用下，各主梁跨中挠度不在同一横截面上，且两侧翼板存在挠度差。垂直剪力反对称分布，反对称剪力导致各主梁内产生扭矩。各主梁间存在变形差。
（2）活载作用下，当横隔板与桥轴线正交时，相邻主梁间横隔板长度最短，因而刚度最大，分散荷载能力相对较强。中横隔板与桥轴线正交，端横隔板与支承线平行。
28.连续斜箱梁桥支座布置形式有哪些？各有何优缺点？
29.单根斜梁桥采用纯扭转理论分析的基本假定有哪些？采用刚性横梁法计算斜梁桥的横向分布前提条件是什么？
答（1）斜梁的横截面在变形后仍保持平面，即不产生翘曲扭矩和翘曲双力矩。
（2）变形后斜梁的横截面周边形状保持不变，即无畸变内力。当满足L-B tanφ/B≥2时，可近似将中横梁视作不变形的刚性横梁。
30.预应力效应有哪几种概念？
答：概念一：预加应力变混凝土为弹性材料，把预应力混凝上当弹性材料看待，以便按其弹性应力来进行设计和分析。应力概念
概念二：预加应力为了使高强度钢筋和混凝土相结合，把预应力混凝土看成和钢筋混凝土类似的东西而研究其极限强度(极限承载力)，称为‘强度概念’。
概念三：预加应力实现荷载平衡，把预应力混凝土主要看作企图抵消结构上部分荷载作用，即平衡掉部分荷载的产物。抵消荷载作用的概念。
31.预应力在预应力施加阶段、正常使用阶段和极限承载阶段各有何特点？
答:（1）预应力施加阶段可将预应力筋的张拉看作对结构施加荷载的一种方式，使得桥梁结构中存在一定的初应力，而初应力在结构的有限元分析中是作为荷载项考虑的。对于初始施工阶段混凝土结构预应力效应的分析，可以作出如下假定：施加预应力对结构的作用，可以用荷载来等效，即预应力等效荷载；材料是线弹性的。
（2）正常使用阶段将预应力筋张拉完毕灌浆后的后续施工过程及成桥后的正常运营期定义为正常使用阶段。该阶段，预应力筋成为结构的一部分，与混凝土一起参与结构的受力；混凝土及钢材仍处于弹性工作状态。粘结和无粘结预应力筋在此阶段的工作机理不同，应区别对待。（3）极限承载阶段出现混凝土开裂、压溃或钢筋屈服的工作阶段，称为极限承载阶段。此阶段，结构非线性效应明显，须同时考虑结构大变形效应和材料弹塑性效应。此阶段应对有粘结和无粘结预应力筋分别进行处理，处理方式同正常使用阶段。
32.预应力等效荷载法中的等效荷载包括那几个部分？
答：1）横向等效荷载：沿梁法向方向的分布荷载（由（2-8计算））及钢束端部锚固力的垂直分力；
2）轴向等效荷载：沿梁轴线方向的分布荷载（由（2-9计算））及钢束端部锚固力的水平分力；3）力矩等效荷载：轴向等效荷载偏心引起的弯矩。
33.桥梁的温度场为什么可简化为一维热传导问题？桥梁结构温度场有几种情况？
答：考虑到桥梁是一种狭长的结构，在公路上桥梁结构一般通风条件较好，主要是桥梁顶面受太阳辐射，因此可将桥梁的温度场简化处理为一维热传导问题。
一般而言，桥梁结构的温度场有三种情况：
1）温度梯度线性，截面均匀温变；
2）温度梯度线性，截面上下缘存在温差；
3）非线性温度梯度。
桥梁概念设计与分析理论
桥梁概念设计与分析理论 一：桥梁属性与结构形式 1.1桥梁的属性 科学：分析实验 桥梁工程{ 技术：研发应用 艺术：创造美学 1.2 桥梁结构的分类 用途：人行桥，公路桥，铁路桥，公铁两用桥，城市桥，管道桥，明渠桥 材料：石桥，木桥，钢桥，混凝土桥，预应力混凝土桥（主跨90米，在中小跨度范围内已占绝对有优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它主要承重结构用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。附加预应力混凝土：预应力混凝土，为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。）钢——混凝土组合结构桥 结构形式：梁桥拱桥斜拉桥悬索桥组合桥斜拉—悬
索协作体系 规模跨径：小桥(8~30米) 中桥(30~100) 大桥(100~1000) 特大桥(大于1000) 1.3桥梁结构形式与合理跨度范围 (1)梁桥 简支梁桥的跨度一般不超过70M，最有竞争力的跨度范围50M以下 等截面连续桥梁的合理跨度范围在30~110M，优势跨度范围50~80 变截面连续桥梁或连续钢结构桥的合理跨度50~350M，最有竞争力的跨度范围100~300M (2)~ （3）拱桥合理跨度范围600M以下，最有竞争力40~450M （4）系杆拱桥合理40~800M 最有竞争力150~1200M （5）斜拉桥合理80~1500M 最有竞争力150~1200M （6）悬索桥合理200以上，500以上最有竞争力 二：桥梁设计准则 2.1 桥梁设计的基本目标 安全实用经济美观 2.2安全性和试用性 （1）承载能力极限状态 1 结构或构件达到材料极限强度
桥梁结构设计理论方案
桥梁结构设计理论方案 桥梁结构设计理论方案作品名称方舟桥参赛学校黑龙江八一农垦大学参赛队员专业名称土木工程、土木工程、土木工程土木工程、指导教师黑龙江省大学生结构设计竞赛组委会二○一一年目录模型方案说明11、材料12、设计思路13、外形选择24、比赛设计要求2结构设计说明21、参考资料22、材料力学性能估计33、结构选型34、截面选用45、荷载分析56、内力分析及计算简图67、试验研究98、承载能力估算99、破坏分析10模型方案说明1、材料桐木、502胶水，实际制作过程中常需在木材上涂胶，所用材料实际是木胶复合材料，其受拉时呈现线弹性和脆性，木材顺纹受拉弹性模量为，木材顺纹抗拉强度设计值为； 2、设计思路众所周知，材料在受拉力的情况下能够最充分的发挥强度，因此在结构的设计中尽可能多的利用木材的抗拉性能，充分发挥502胶水较强的抗剪能力，以及截面较为开展的木材较好的抗压能力，应用桁架结构设计一座质量尽可能小但承载能力尽可能大的木桥。因此，采用由规则矩形拼成的工字型木杆作为支撑桥面板的主梁，利用4*6的矩形木杆作为腹杆，其中竖杆主要受压； 应用粘合后的薄木片作为鱼腹式下弦的受拉构件。上下桥面采用梯形连接，减少材料用量。 3、外形选择模型跨度：1200mm模型长度：1300mm模型宽度：180mm模型高度：180mm结构形式：梁—桁架组合结构模型重量：130.77g 4、比赛设计要求几何尺寸要求(1)模型长度：模型有效长度（即悬空部分，也就是两侧可升降平台端部距离）为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm（起侧向支撑作用的侧向支撑挡板可左右活动，距离升降平台边缘距离范围为50-70mm，即距离升降平台边缘最远为70mm，最近为50mm，当模型端部支撑长度不足50mm时，则不能提供侧向支撑，仅能提供竖向支撑），如下图2所示。 (2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm； 在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm。 (3)模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm； 为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm（中央起拱高度指未加载时，对于放置好的模型，端部构件上表面与模型中央起拱最高处构件上表面的距离）； 端部支座位置处的高度不应超过150mm。 2.2结构形式要求对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。 结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束，如果模型制作失误，不能够完成约束和加载，后果由参赛队伍自行承担。 结构设计说明1、参考资料《结构设计大赛细则》《木结构设计规范》《桥梁工程》2、材料力学性能估计桐木作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力较弱，将木材粘合成横截面较大的材料后，可承受一定的弯矩，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。 502胶的粘接性能：木材粘接时原来的性质会发生改变，木材变得脆而且易
桥梁结构设计理论方案
第五届大学生结构设计竞赛 桥梁结构设计理论方案\ 作品名称___________________ 平波桥 _______________________ 参赛队员邵明帅、温雯、文月桂、胡红亮 专业名称土木茅以升、车辆詹天佑、土木 茅以升____ 、土木茅以升________ 、土木茅以升______ 指导教师____________________ 张雪珊______________________
大连交通大学结构设计竞赛组委会
二?一三年 总言：桥梁是我们生活中很常见的一种交通方式，许多有河流的地方就有桥梁的身影，从很简陋的独木桥，到如今气势恢宏的跨海大桥，桥梁的建造技术在飞速的发展着，随着材料科学的发展，各种新型的材料也在不断运用到桥梁建造中来，但总体有一个原则“稳定性好，材料 省”。一般现在的桥梁形 式可分为“拱，吊，桁架”三种。 我们的理念：考虑到拱桥较难制作，且较易出现应力集中现象，所以我们选择了桁架和吊桥的结合形式来制作我们的作品，桁架结构具有制作简便，刚 度大，几何特性好，扩大了粱式结构的适用跨度等优点，本次制作的桥梁长度为2010mm,是一种大跨的结构，而吊桥的优点就是受拉好，自重轻，跨径大，在支座承压方面，我们采用了增加横杆的方式，一方面增大了它的承压面积，另一方面使支座受力均匀，在主梁上，我们采用工字梁的方式来增加梁的抗弯能力，在整个梁的受力方面，我们尽量都是让力均匀分布的方式进行。这样可以减少挠度。 我们的特色： 1.梁的横截面： 目的：增大梁的抗弯能力。 效果图| 2.腹梁的承压结构目 的：降低挠度 3?吊桥的受拉结构 目的：适合大跨径受拉结构 作 品 简 介
桥梁工程习题及答案
一、填空题 1)公路桥梁的作用按其随时间变化的性质，分为永久作用、可变作用、偶然作用。 2)按结构体系及其受力特点，桥梁可划分为梁桥、拱桥、悬索桥以及组合体系。 3)桥跨结构在温度变化、混凝土的收缩和徐变、各种荷载引起的桥梁挠度、地震影响、纵坡 等影响下将会发生伸缩变形。 4)钢筋混凝土梁梁内钢筋分为两大类，有受力钢筋和构造钢筋。 5)作用代表值包括标准值、准永久值、频遇值。 6)桥梁纵断面设计包括桥梁总跨径的确定、桥梁的分孔、桥面的标高及桥下净空、桥上及桥 头引导纵坡的布置和基础埋置深度。 7)桥台的常见型式有重力式桥台、轻型桥台、组合式桥台和框架式桥台等。 8)公路桥面构造包括桥面铺装、防水和排水系统、桥面伸缩装置、人行道及附属设施等。 9)悬索桥主要由桥塔、锚碇、主缆和吊索等组成。 10)重力式桥墩按截面形式划分，常见的有矩形、圆形、圆端形和尖端形等。 11)常见的轻型桥台有薄壁轻型桥台、支撑梁轻型桥台、框架式轻型桥台、组合式轻型桥台等。 12)设计钢筋混凝土简支T梁，需拟定的主要尺寸有梁宽、梁高、腹板厚度、翼缘板厚度。 13)柱式桥墩的主要型式主要有独柱式、双柱式、多柱式和混合式。 14)桥梁支座按其变为的可能性分为活动支座和固定支座。 15)支座按其容许变形的可能性分为固定支座、单向支座和多向支座。 16)常用的重力式桥台有U形桥台、埋置式桥台、八字式桥台、一字式桥台等。 17)桥梁的主要组成部分包括桥墩、桥台及桥跨结构等。 18)桥梁设计一般遵循的原则包括安全性、适用性、经济性、先进性和美观等。 19)荷载横向分布影响线的计算方法主要有：杠杆原理法、偏心压力法、铰接板法、比拟正交 异性板法。 20)通常将桥梁设计荷载分为三大类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。 21)公路桥梁设计汽车荷载分为公路-I级、公路-II级两个等级，它包括车道荷载和车辆荷载， 其中车辆荷载用于桥梁结构的局部加载和桥台验算。 22)桥梁净空包括设计洪水位和桥下设计通航净空。 23)进行扩大基础验算时，常进行基底的倾覆稳定性和滑动稳定性检算。 24)大型桥梁的设计阶段一般分为初步设计、技术设计与施工设计三个阶段。 25)桥梁全长规定为：有桥台的桥梁是两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离；无桥台的 桥梁为桥面系行车道全长。 26)一般重力式梁桥墩台的验算包括截面强度验算、抗滑移稳定验算和墩台顶水平位移的验 算。 27)装配式简支梁桥横截面主要有II形、T形、箱形等几种形式。 28)引起超静定预应力混凝土桥梁结构次内力的外部因素有温度影响、混凝土收缩徐变作用及
高等桥梁结构理论作业汇总
高等桥梁结构理论课程作业参考答案（2014版） 【作业1】 如图1所示薄壁单箱断面，试分别计算：（1）该截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下的正应力（注：平截面假定成立。）；（2）该截面在竖向剪力kN Q y 100=通过截面中心作用下的剪应力分布。 图1 薄壁单箱断面几何尺寸（单位：cm ） 【参考答案】 由于该截面关于y 轴对称，故需要确定主轴ox 轴的位置，假定ox 轴距离上翼缘中心线为a ，由0=x S ，得 0)2(2 1 2)2(0.3212)5.20.35.2(22=-?--?-?+?++δδδδa a a a 即 04.01.04.03.06.01.08.022=+--+-+a a a a a 0.15.1=a ，即m a 667.0= 由ANSYS 计算截面几何特性参数，计算结果如图2所示。具体几何特性计算结果为： 竖向抗弯惯性矩为)(064.1)(10064.1448m cm I x =?=, 横向抗弯惯性矩为)(370.5)(10370.5448m cm I y =?=， 扭转常数为：)(470.1)(1047.1448m cm I y =?=， 截面几何中心至顶板中心线距离为)(667.0m a =。 （1）截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下，由初等梁理论可知，截面正应力分布由下式 计算，即
y y y I M x x z 96.93984064 .1000 ,100=== σ（Pa ） （m y m 667.0333.1≤≤-），具体截面正应力分布如图3所示。 X Y O Sig1=62688Pa Sig2=125282Pa 图2截面在竖向弯矩m kN M x ?=100作用下正应力分布图 （2）截面在竖向剪力kN Q y 100=作用下，闭口截面弯曲剪应力计算公式可知，截面剪应力为 ????? ? ?? +-= ??δδds ds S S I Q q x x x y 划分薄壁断面各关键节点如图3（a ）所示。将截面在1点处切口，变为开口截面，求x S 、 ?δ ds 和 ?ds S x δ 。作y 图如图3（b ）所示。 （a ）薄壁断面节点划分图（单位：cm ）
桥梁设计理论第十讲
第十讲 斜桥计算理论 第一节 概述 一、斜梁结构的型式 支承线与梁轴线（行车方向）不成直角的梁式结构通常称为斜梁结构。斜梁结构包括斜肋板式结构、斜格子梁和斜箱梁结构等型式。 斜梁结构的平面形状，由于环境条件的限制会有各种各样的形式，图10-1表示了几种最主要的形式。其中图10-1a 、b 所示的平行四边形斜梁结构在工程上用得最多，但图10-1c 、d 所示的等腰梯形和直角梯形斜梁结构也常会遇到。显然，各支承线的方向可以是任意的，这样便形成了各种平面形状的斜梁结构。当所有支承线与梁轴线都成直角时即为一般的正梁结构，可见正梁结构是斜梁结构的特例。 按静力特性，斜梁可分为简支梁、悬臂梁、连续梁和竖腿刚架等型式，每种斜梁的结构和受力特性均不尽相同。 二、斜角与斜度的定义 目前国内外关于斜角的定义有两种方法。如图10-l 中的α和?所示。为清楚起见，将梁轴中心线与支承线构成的不大于90 的角?称为斜（交）角，而将梁轴中心线的垂线与支承线构成的角α称为斜度。显然，斜度α和斜角?互为余角。 应该注意，图l0-la 、b 表示的平行四边形斜梁结构在许多方面是不同的。为区分起见，相对梁轴线而言，当?在右边时称为右斜（图10-1b ），当?在左边时称为左斜（图10-la ）。如左、右斜的方向搞错，则成为方向相反的平行四边形斜梁结构。斜度α的正方向为从支承线向梁轴中心线垂线方向的旋转为逆时针方向（图10-la ）；反之，向顺时针方向旋转时， α为负（图10-lb ） 。α的变化范围为9090α-<< 。显然，当所有α均为零时即为相应图10-1 斜梁结构的平面形状
的正梁结构。 三、基本假定及分析途径 进行斜梁结构的分析，首先要选择合适的计算图式。例如，对于图10-2a 所示的较窄的箱形截面简支斜梁桥，可以采用单根斜梁的计算图式，如图l0-2b 所示，其中主梁既有抗弯刚度也有抗扭刚度。一般情况下，箱梁的端部在支承方向均设有刚劲的端横隔板（或端横梁），因此支承线上横梁AB 和CD 的抗弯刚度可假定为无限大，而抗扭刚度可假定为零，主梁刚结在横梁AB 和CD 之间。这样，受载时主梁沿横梁方向的扭转为零，而在垂直横梁方向可以自由转动。 工程实践中常遇到的斜梁结构，在很多情况下都可以简化为主梁和十分刚劲的斜横梁构成的单主梁式斜梁结构进行分析，这在国内外的很多文献中均有论述。但是，要进行多梁式斜梁系结构的实用分析计算，也需要单根主梁斜梁结构的分析作为基础。因此，必须首先对各种类型的单根主梁斜梁结构（简称斜梁）进行深入的分析和讨论。 本讲首先以单根斜梁为对象研究其计算方法，讨论其受力特性并给出若干便于应用的计算图表，然后进一步研究斜梁系结构的实用计算方法。 斜梁和正梁的基本微分方程是相同的，但由于斜支承的存在使支承处的边界条件不易精确满足，故一般不采用基本微分方程进行求解。有限单元法、有限条法等数值方法是分析斜梁结构的有效方法，然而设计计算这类结构时，上机条件、所费机时是一个不可忽视的因素。 分析斜梁的另一有效途径是采用杆件系统的结构力学方法。对于图10-2所示的斜梁，主要承重构件——“主梁”，虽为一直线形杆件，但由于斜支承的存在，使主梁中的弯曲和扭转相互耦合，因此从本质上说，斜梁的分析属空间分析的范畴。因而，可采用研究空间杆系的结构力学方法来分析斜梁结构。此法不但简单明了，便于分析斜梁结构的受力特性，而且能得到计算图式的精确解。 一般说来，对于钢筋混凝土或预应力混混凝土结构，薄壁结构效应较小，故分析对可忽略横截面翘曲所引起的内力影响。另外，对于箱梁中设有一定数量横隔板的斜梁，其截面畸变也可忽略。因此，单根斜梁可以采用单纯扭转理论进行分析，其基本假定概括为如下两点： （1）斜梁的横截面在变形后仍保持为平面，即不产生翘曲扭矩和翘曲双力矩； （2）变形后斜梁的横截面周边形状保持不变，即无畸变内力。 如有必要，斜梁的翘曲内力和畸变内力，也可像正梁结构的实用分析计算时一样另行计 T EI GI =∞ = T 图10-2 简支斜交箱梁桥的计算图式 a) b)
桥梁设计创新
桥梁设计创新 一、创新的思路 创新就是桥梁发展的动力,就是桥梁建筑艺术的灵魂,没有创新的艺术犹如一潭死水,没有一点活力,日复一日,终究会越来越腐朽。同时,创新也必须以实践为基础,也需要用理论来指导。作为设计人员,如何在设计中寻求创新,同时在创新的同时也能实现结构的合理呢? 1、设计人员应具有创新的意识,必须意识到创新的重要性与必要性。同时应具有创新的能力,掌握一定的创新技巧,要勇于突破定势思维,打破传统观念与经验的束缚,充分发挥主观能动性与想象力,不迷 信权威,发展广泛的兴趣。创造力并不就是在任何情况下都能自发地表现出来的,必须通过创新的素质教育与训练才能获得开发与提高。 2、设计人员应以本专业的基础知识为核心,建立起创造发明的“游击区”。使专业基础知识与其她知识相互渗透,共同结合成一个网络式整体结构。还应开发智能因素,包括培养精确的观察力,提高记忆力,培养注意力、想象力与操作能力。除了创造力之外,创造性人才还应具备创造精神与创造人格。创造精神主要包括有好奇心、探究兴趣、求知欲、对新事物的敏感、对真知的执着追求,勇于发现、发明、革新,有开拓进取、百折不挠的精神,这就是一个人创造的灵魂与动力;创造人格主要包括创造责任感、使命感、事业心、执着的爱、顽强的意志与毅力,能经受挫折、失败的良好心态,以及坚韧顽强的性格,这就是创造出成果的根本保证。 3、桥梁设计中的创新必须以结构受力合理为基础,以满足功能要
求为前提。力就是创新应考虑的主导因素。因此,设计人员应掌握好力学知识,桥梁结构必须能明确反应力流,使力的传递途径一目了然。 4、由于美学具有相对性,人类审美观念就是会发生变化的,桥梁美学设计实践应与人们不断变化的美学观念同步,创新不能脱离人类审美观念。桥梁设计人员应该对人们美学观念的变化具有敏锐的洞察力,美学观念的变化就是微妙的,因此应不断以新的眼光观察这些微妙的变化,不能墨守成规,从这些微妙的变化中预测出美学观念的发展趋势,作为未来设计创新的依据。 5、要努力推进新材料与新工艺的发展,不断改进力学分析方法,提高分析技能、分析速度与准确度,在掌握好力学知识与分析手段的前提下,运用各种创新手段,充分发挥人的想象力与创造力,争取不断 创造出结构更合理、更先进、更美观的桥梁形式以适应不断变化的美学观念。最后,还要注意总结前人的设计经验与教训,“前事不忘,后事之师”,学习前人并不就是照抄照搬别人的劳动成果,也不就是纯粹学习已经过时的结构形式,而就是学习前辈在当时历史条件下的创新精神与创新方法。 二、创新的基本技法 1、组合法 组合法,就是一种以综合分析为基础,并按照一定的原理或规则对现有事物或系统进行有效的综合,从而获得新事物、新系统的创造方法。 组合法的内在原理很复杂,形式也多种多样。组合法在具体应用
结构设计大赛(桥梁)计算书
桥梁结构设计理论方案作品名称蔚然水岸 参赛学院建筑工程学院 参赛队员吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙 专业名称土木工程 一、方案构思 1、设计思路 对于这次的设计,我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥与桁架桥的设计方案。斜拉桥可以瞧作就是小跨径的公路桥,且对刚度有较高的要求,所以斜拉桥对材料的要求比较高,对于用桐木强度比不上其她样式的桥来得结实;拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用,而沿拱桥垂直方向最小主应力为零,可以很好的控制桥梁竖直方向的位移,但锁提供的支座条件较弱,且不提供水平力,显然也不就是一个好的选择;梁式桥有较好的承载弯矩的能力,也可以较好的控制使用中的变形,但桥梁的稳定性就是个很大的问题,控制不了桥梁的扭转变形,因此,我们也放弃了制作梁式桥的想法;而桁架桥具有比较好的刚度,腹杆即可承拉亦可承压,同时也可以较好的控制位移用料较省,所以,相比之下我们最后选择了桁架桥。 2、制作处理
(1)、截杆 裁杆就是模型制作的第一步。经过试验我们发现,截杆时应该根据不同的杆件,采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋,如同锯开;而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下,不宜用刀口前后切磋,易造成截面破损。 (2)、端部加工 端部加工就是连接的就是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接,我们根据不同的连接形式,对连接处进行处理,例如,切出一个斜口,增大连接的接触面积;刻出一个小槽,类似榫卯连接等。 (3)拼接 拼接就是本模型制作的最大难点。由于就是杆件截面较小,接触面积不够,乳胶干燥较慢等原因,连接就是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制,如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作,则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲,并按照先前划定的拱形不断调整,直至达到理想形状。 在拱脚处处理时,先粘结一个小的木块,让后用铁夹子施加很大的压力,保证连接能足够牢固。 乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风,使其尽快形成粘接力,达到强度的70%(基本固定)后即可让其自行风干。 (4)风干 模型制作完成后,再次用吹风机间断性地吹粘接处,基本稳定后,让其自然风干。 (5)修饰
8国外桥梁设计理念和典型示例介绍(陈艾荣)
国外桥梁设计理念和典型示例介绍 ---全寿命经济分析、造型设计和组合结构桥梁 陈艾荣 同济大学桥梁工程系 摘要：通过对日本多多罗斜拉桥和丹麦的大海带悬索桥等几座桥梁的造型特点的研究，介绍了使用造型单元设计法、整体造型设计法、拓扑分析等方法如何进行桥梁美的创造；通过对国外几座桥梁所进行的全寿命经济分析，阐述了在桥梁设计和规划阶段进行全寿命经济分析的必要性；通过对一座典型组合结构桥梁的介绍，说明组合结构桥梁的发展和应用。 一、概述 桥梁作为公共建筑物，是人类根据生活和生产发展的需要，利用所掌握的物质技术手段，在科学规律和美学法则支配下，通过精心设计而创造出的人工构造物，是人文科学与工程技术相结合的产物。桥梁以其实用性、巨大性、固定性、永久性和艺术性极大的影响并改变了人类的生活环境。桥梁的美如何进行创造也是人们关心的问题。和其他构造物有所不同，作为一种结构艺术，实际上桥梁的美是可以通过技术的方式来达到的。 目前我国在桥梁建设管理的一些惯例和办法在一定程度上加剧了桥梁工程的病害问题。其中只注重建设初期的成本，而忽视桥梁从规划、建设到运营、破坏整个寿命周期的总体成本。各国桥梁使用实践证明，如果片面追求较低的建造费用而忽视了对结构耐久性的改善，不仅影响运输交通的安全、减少结构使用寿命，同时投入的养护维修费用十分可观，甚至远远超过建造中节省的费用。 全寿命经济分析法的基本思想是，在设计施工阶段，不论是事先采取防护措施还是以后“坏了再修”，都要做出经济预算和比较，设计者和承建者要对工程的“全寿命”负责到底，目前，美国已强制实施基建工程管理中的“全寿命经济分析法”（简称LCCA，即Life Cycle Cost Analyze）。 组合结构桥梁今年来得到了飞速的发展。法国工程界提出的波折腹板组合箱梁桥，是利用波折钢板抗剪强度大、纵向刚度小的特点，将其设置在腹板，达到减轻结构自重、减少腹板承担预应力的目的。同时从抗弯、抗压的角度来看，使用波折腹板后，顶底板单独受力，减少了干燥收束、徐变、温差的影响，实现了主动控制设计。 本文将通过对日本多多罗斜拉桥和丹麦的大海带悬索桥等几座桥梁的造型特点的研究，介绍了使用造型单元设计法、整体造型设计法、拓扑分析等方法如何进行桥梁美的创造；然后通过对国外几座桥梁所进行的全寿命经济分析，阐述在桥梁设计和规划阶段进行全寿命经济分析的必要性和基本原理；最后通过对一座典型组合结构桥梁的介绍，来说明组合结构桥梁的发展和应用。这几个方面的国外经验，无疑是值得我们参考借鉴的。
桥梁结构设计问题
桥梁结构设计问题探讨 摘要：近年来，随着科学技术的发展，桥梁结构设计也得到了相应的发展，但是我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善。本文通过桥梁结构设计中应注意事项，对桥梁结构设计的理论及设计问题进行探讨。 关键词：桥梁结构；设计问题；分析 abstract: in recent years, with the development of science and technology, the bridge structure design also got the corresponding development, but china’’s bridge design theory and structure system is still not perfect. this article through the bridge structure design should note, bridge structure design theory and design issues were discussed. keywords: bridge structure; design problems; analysis 中图分类号：u443文献标识码：a 文章编号： 一、桥梁结构设计现状 目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果，也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背，也不符合结构动态和综合经济性的要求。
桥梁设计理论第七讲
第七讲 薄壁杆件的组合扭转 上二讲分别讨论了薄壁杆件的自由扭转和约束扭转，建立了相应的扭转角微分方程。而实际工程中的杆件受扭时，扭转角应该是自由扭转和约束扭转的综合变形。即作用在截面上的扭矩T M （图7-1）为自由扭转剪应力（z τ）形成的扭矩Z M 及约束扭转剪应力（ωωττ或）形成的扭矩?M （或?M ）的组合，亦即ωτττ+=z T （或T z ωτττ=+）以及 开口截面 z T M M M ω+= （7-1-1） 闭口截面 T T M M M =+ω （7-1-2） 第一节 开口薄壁杆件组合扭转的微分方程 对于开口薄壁截面杆件自由扭转和约束扭转，分别取式（5-19）和式（6-27）代入式（5-1）有 T T GI EI M ωφφ''''-= （7-2） 上式对z 求导（见图7-2a ）），两边同时除以EI ω，得： 2T m k EI ω φφ''''''-=- （7-3） 此式即为开口薄壁杆件扭转角微分方程。 式中： ω EI GI k T = （7-4） 称为薄壁截面的弯扭特征。即截面自由扭转刚度和约束扭转刚度之比。 而 T T d d M m z = （7-5） T m 为扭矩沿杆长的分布集度。 ωτ+ a) 自由扭转 b) 约束扭转 c) 组合扭转 图7-1
第二节 闭口薄壁杆件组合扭转的微分方程 对于闭口薄壁杆件，仍从式（7-1）出发，此时约束扭转力矩ωM 以待定函数θ表示，即用式（6-44）代入，于是组合扭转微分方程可表达为： T T m GI EI -=''-''''φθω （7-6）（7-1） 方程中包括两个未知函数θ及φ。现根据静力学条件建立未知量θ及φ间的关系，以便与式（7-6）联立求解。 设自由扭转与约束扭转产生的总剪力流为q ，它对扭转中心的扭矩应等于作用于截面的荷载扭矩T M 。即 T 0 d M s q =?ρ （7-7） 根据虎克定律并引用式（6-2），剪力流可写成： )( z s w Gt t G t q T ??+??===ξ γτ 或 )( 0φρ'+??=s w Gt q （7-8） 而 0w w θω'=-+ （7-9）（6-15） 上式对s 求导后代入式（7-8），再将式（7-8）代入式（7-7），积分化简得： ρ T GI M μμφθ-'= ' （7-10） 其中： ρT 1I I -=μ （7-11） 称为截面翘曲系数。 对于单室截面 ?=t s A I d 42 T 对于多室截面 ∑=i i T ]4A q I 而? = A A I d 20ρρ为截面的极惯矩，下同。 式（7-10）推导如下： 由式（7-8）有： )( 0φρω τ'+??=S G 而由式（7-9）有： )()()(0z s z w ωωθ+-= 则式（7-8）的第一项 w s s ω θ??' =-?? （a ）
同济大学桥梁概念设计
方案说明书 目录 一、主要技术标准 (2) 二、主要基础资料 (3) 三、设计方案时应考虑的当地实际建设条件 (4) 四、主桥方案的选择 (5) 4.1 主通航孔跨径选择 (5) 4.2 桥型方案的选择 (5) 4.3 桥型方案选择中的总体构思 (8) 五施工方法 (11)
一、主要技术标准 （1）公路等级：一级集散双向六车道公路； （2）设计速度：80km/h； （3）设计基准期：100年； （4）汽车荷载等级：公路—Ⅰ级，人群荷载标准值：2.5kN/m2； （5）标准横断面：主桥桥梁标准宽度（其中索区宽度为建议值）： 39.5 m=3（人行+非机动车）+1.5（索区）+2.5（硬路肩）+3× 3.75（机动车道）+0.5（路缘带）+2（分割带）+0.5（路缘带） +3×3.75（机动车道）+2.5（硬路肩）+1.5（索区）+3（人行+非机动车道） （6）设计基本风速： 100年重现期设计基本风速为45m/s。 （7）设计水位见表1所示。 表1 设计水位一览表 （8）通航标准如表2所示。 表2通航净空和通航孔数量一览表
二、主要基础资料 该大桥是省市公路“十一五”建设规划中的区域干线公路跨越大江的重要通道，连接大江两岸的省道及各港口，将主要承担两岸的交通，既具有公路的功能，也兼顾城市道路的功能，见图1。 因此，本工程的建设对于完善该市交通网络，加快市、区的城市化进程，进一步拓展城市发展空间和促进沿线区域经济的协调发展具有重要意义。 大桥桥位 图1 项目地理位置 图2为桥轴断面示意，江面宽度约1770m，水下地形较为平坦，河槽呈“u”字形，河槽最深点高程约-8.4m。
桥梁设计理论第四讲
第四讲 薄壁箱梁剪力滞的变分解法 第一节 概 述 初等梁弯曲理论的基本假定是变形的平截面假定，它不考虑剪切变形对纵向位移的影响，因此，弯曲正应力沿梁宽方向是均匀分布的。 但是，在箱形梁中，产生弯曲的横向力通过肋板传递给翼板，而剪应力在翼板上的分布是不均匀的，在肋板与翼板的交接处最大，随着离开肋板而逐渐减小，因此，剪切变形沿翼板的分布是不均匀的。由于翼板剪切变形的不均匀性，引起弯曲时远离肋板的翼板之纵向位移滞后于近肋板的翼板之纵向位移，所以其弯曲正应力的横向分布呈曲线形状。这种由于翼板的剪切变形造成的弯曲正应力沿梁宽方向不均匀分布的现象称为“剪力滞”现象或称为“剪力滞（后）效应”。肋板相距越宽，“剪力滞”现象越显著。 剪力滞概念与有效分布宽度是一回事，前者用不均匀应力表示，而后者用一等效板宽表示。有效分布宽度用于开口截面，而剪力滞则用于闭合截面。在我国的现行规范中，关于T 梁的“翼缘板有效分布宽度”有明确的规定，而对于箱形截面，则非常含糊地写道“在无更精确的计算方法，箱形梁也可参照T 形梁的规定处理”。 最早涉及剪力滞问题的的理论推导是T. V . Karman ，他利用最小势能原理与梁的应力对等原则得到解答。被称为Karman 理论。在航空工业上，飞机的金属外壳由板与肋组成，剪力滞效应的分布格外突出。美国工程界将这种弯曲应力分布的不均匀现象称为“剪力滞后效应”，在英国取名为“应力离散现象”。过去对这种应力集中状态漠然视之，从1969年11月到1971年11月分别在奥地利、英国、澳大利亚与前联邦德国相继发生四起钢箱梁失效或破坏事故。事故发生后，许多桥梁专家对四座桥的设计和计算方法进行了研究与分析，揭示出这四座桥的计算方法存在严重的缺陷，其中一项就是设计中没有认真对待“剪力滞效应”，因此导致应力过分集中，造成结构的失稳或局部破坏。 目前，国内外均建造了大量的箱形薄壁梁桥、T 形刚构、斜拉桥。特别是跨宽比小，上下板的惯矩与整个箱形截面惯矩之比较大的连续箱梁支点处，剪力滞效应更为严重，不容忽视。如果采用预应力筋，上。下板的布筋间距更要妥善处理，不能用等间距。在应力集成区力筋间距要密一些，否则混凝土易开裂。另外，在高层建筑中， 箱壁属于悬壁的筒中筒结构， 图4-1 薄壁箱梁的不均匀弯曲应力分布 （A ）正剪力滞效应 （B ）负剪力滞效应
个人整理-同济大学高等桥梁结构知识点
箱梁的剪力滞效应（抓住“剪力”这个核心） ● 剪力滞现象：宽翼缘箱梁在弯剪作用下，由于剪切变形的存在和沿宽度方向的变化，受压翼缘上的正应力随着 离梁肋的距离增加而减小，这个现象就称为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。 ● 造成该现象的原因：翼缘的剪应力变化引起正应力的变化。（因此剪力越大，剪力变化越剧烈的截面剪力滞越明 显，比如支点、集中力作用点，但有的情况下支点弯矩小，因此总应力还是） ● 剪力滞系数λ：考虑剪力滞/不考虑剪力滞。λ是个沿翼缘板宽度变化的量，一般只考虑腹板与翼缘板相交位置 的λ ● 正剪力滞，负剪力滞。 ● 广义位移函数：挠度函数，纵向变形函数。 ● 考虑剪力滞，翼缘板不满足平截面假定，但腹板仍然满足平截面假定。最小势能原理变分得到带位移函数的微 分方程。 ● 考虑剪力滞，梁的挠度增加。剪力滞降低梁的刚度。因为考虑剪力滞的曲率表达式为： 1 ''[()]F w M x M EI =- + 正剪力滞，MF>0，因此造成曲率偏大，挠度增大，负剪力滞，MF<0，因此挠度减小 ● 悬臂箱梁在均布荷载作用下，离固定端约1/4跨位置会产生负剪力滞效应（邻近腹板的翼板位移滞后于远离腹 板的翼板位移）。M F 为负时，属于负剪力滞。 ● 有效宽度：最大应力×有效宽度=实际应力沿总宽度的积分
●规范规定，结构整体分析采用全截面，截面应力验算，采用有效宽度。 ●承受纯弯曲荷载的箱梁截面，是否也存在剪力滞现象？材料进入塑性状态后，箱梁截面剪力滞将如何变化？ ●本节主要介绍剪弯状态下剪力滞问题，如果是压弯状态下（如预应力筋直线布置）截面是否存在剪力滞现象? 箱梁的扭转效应（抓住关键：扭转=偏载×偏心距）
桥梁施工图总体思路及设计理念
桥梁施工图总体思路及设计理念 设计理念： 1、结构设计遵循“安全、适用、经济、美观、施工快捷”的建设方针。 2、充分采用新技术、新工艺、新材料，使之达到适用性和经济性结合最佳，结构设计做到技术合理、先进、有利于模数化、标准化、工厂化施工，施工便利，经济指标低。 3、处理好桥面伸缩缝、桥面排水系统及台后基础处理等，满足运营阶段行车安全、快捷、平顺、舒适的要求。 4、跨线桥和立交工程桥梁的景观要求也是本次设计的重要因素。 5、以道路总体设计、技术规范及标准为依据，进行结构设计。 6、设计应充分考虑工程所处的地理环境、现状及区域内可持续发展的要求。 7、结构的选择需考虑结构简单、施工速度快，工期短，以满足工期要求；并需考虑施工期间对环境影响最小。 8、施工图设计应根据初步设计(或技术设计)批复意见、设计合同，进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体和深化，最终确定各项工程数量，提出文字说明和适应施工需要的图表资料，并编制施工图预算。 总体思路： 1、桥型选择： 城市高架桥的形式一般均采用梁式桥，可选用简支梁＋桥面连续体系或连续梁结构体系。对于简支梁可采用预制空心板、T梁、小箱梁或钢－砼叠合梁，连续梁可采用砼连续梁、钢连续梁、钢－砼叠合连续梁等。 对于简支梁结构都有一共同缺点，即无法避免的桥墩盖梁结构尤其是组合小箱梁或T梁，尽管采用了牛腿支点，倒T盖梁等技术措施以减小盖梁的外露部分，但依然破坏了桥梁的纵向线形的流畅，特别是对于桥宽25m的高架盖梁，外悬达6～8m，其巨大的外露根部对桥下有很大的压抑感，而牛腿支点对今后养护极为不利。盖梁的施工对交通的影响较大。限于目前的技术水平，桥面连续构造的使用年限较短，易损坏，影响了行车的舒适性。 砼连续箱梁整体性能好，抗扭刚度大，能适应各种平面线型和桥宽的变化，
高等桥梁结构理论考试试题及答案
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1．何谓剪力滞效应？ 剪力滞效应的研究是对宽翼缘的T 梁或箱梁探讨翼缘有效分布宽度问题。梁受弯曲时，在翼缘的纵向边缘上(在梁肋切开处)存在着板平面内的横向力和剪力流；翼缘在横向力与偏心的边缘剪力流作用下，将产生剪切扭转变形，再也不可能与梁肋一样服从平面理论的假定。剪切扭转变形随翼缘在平面内的形状与沿纵向边缘剪力流的分布有关。一般情况，狭窄翼缘的剪切扭转变形不大，其受力性能接近于简单梁理论的假定，而宽翼缘因这部分变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参予承弯工作，也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离增加而减小，这个现象就称为“剪力滞后”，简称剪力滞效应。由于剪力滞效应，梁横截面上的拉压应力不再是沿宽度平均分布，而是梁肋附近增大，远离梁肋的翼缘逐渐减小。 2．曲线梁按结构力学方法作为单纯扭转理论分析的基本假定有哪些？ 曲线梁按结构力学方法作为单纯扭转理论分析的基本假定有以下四点： 1）横截面各项尺寸与跨长相比很小，将实际结构作为集中在梁轴线上的曲线形弹性杆件来处理。通常只要跨长达到横截面尺寸的3～4倍以上时，就能满足。 2）曲线梁的横截面在变形后仍保持为平面。 3）曲线梁变形后横截面的周边形状保持不变，即无畸变。 4）截面的剪切中心轴线与曲线梁截面形心轴线相重合。 3．论述混凝土徐变和收缩对桥梁变形、内力分布、应力分布的影响。 混凝土徐变和收缩对桥梁结构的变形、内力分布和应力分布会产生影响，概括可归纳为： 1．桥梁结构在受压区的徐变和收缩会增大挠度。 2．徐变会增大偏压柱的弯曲，由此增大初始偏心，降低柱的承载能力。 3．预应力混凝土构件中，徐变和收缩会导致预应力的损失。桥梁结构构件截面，如为组合截面（不同材料组合的截面如钢筋混凝土组合截面），徐变会使截面上应力重分布。 4．对于超静定结构，混凝土徐变将导致结构内力重分布，亦即徐变将引起结构的次内力。 5．混凝土收缩会使较厚构件（或在结构构件截面形状突变处）的表面开裂。这种表面裂缝因为收缩总在构件表面开始，但受到内部的阻碍引起收缩拉应力而产生的。 4．阐述斜梁桥的受力特点。 斜交角约60°的斜梁桥，可以精确地进行计算和配筋。在钝角点处，其支座反力应用?sin 1来计算。车道板的配筋在端部成扇形散开，在钝角区上部应加密，钢筋应盖过端横梁。 在斜交角α较大的斜梁桥中，主梁的挠度变化情况不同于正交梁。这是由车道板和主梁腹板固结之后在腹板中产生的扭矩引起的。主梁的抗扭刚度和抗弯刚度的比值B T K K =γ越大，则挠度变化
大跨度桥梁概念设计中的若干问题
大跨度桥梁概念设计中的若干问题 同济大学项海帆 摘要概念设计是桥梁设计之魂。由于中国大桥的前期工作过于仓促，对概念设计的重视不够，造成设计布局上的一些缺憾。本文是作者参加多次大桥设计评审会的一些体会，其中包括总体布置和结构构造方面的若干问题，希望能引起总工程师们的重视。 1.引言 进入20世纪末的九十年代，中国桥梁工程界在自主建成上海南浦大桥的鼓舞下出现了全国范围内建造大跨度桥梁的高潮。各地的建设部门都以空前的规模和速度为五纵七横的国家高等级公路网建造了数以百计的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁式桥以跨越大江大河、深谷，大大改变了中国的交通面貌，取得了令世人瞩目的成就。 然而，在成绩面前我们也要看到过于追求速度造成的仓促上马，使前期工作的准备不足，加上在大跨度桥梁概念设计方面缺少经验和竞争的机制，和建筑师的合作也很不够，因而在众多的设计中还存在创新和美学上的不足和缺憾。 本文是作者多年来参加各种大桥设计评审会对桥梁概念设计的一些学习心得，提出来和同行们一起讨论，以期抛砖引玉，求得共识，为中国桥梁在新世纪中的进步和发展添砖加瓦，并期望中国大桥建设不但在规模上和速度上让世人称羡和惊异，而且在创新设计、先进施工技术和工程质量方面也能赢得国际同行的尊重和赞誉。 2.总体布置方面的问题 2.1关于桥梁主孔跨度的合理性 桥梁主孔跨度是大跨度桥梁最主要的尺度。它决定了桥型的选择。主孔(通航孔)跨度首先要满足桥下通航要求，同时要考虑主墩防船撞的安全。国内的内河航道尚无明确的统一标准，大多采用一桥一议，由交通部水运司根据桥位处航道的具体情况进行论证后作出个案决定。在这一情况下，由于中国水道的护岸工作只限于城市附近的区段，造成航道摆动较大与不夠稳定。加上目前仍有大量小型船只和大型拖驳的撞墩事故发生，使航道部门往往要求采
桥梁高等设计理论
1.箱型梁结构有何特点？ （1）截面抗扭刚度大，具有良好的稳定性 （2）顶底板具有较大混凝土面积，能有效抵抗正负弯矩，并满足配筋要求。 （3）适应现代化施工方法要求，如悬臂施工法，顶推法。 （4）承重与传力结构相结合，共同受力，截面效率高，适应预应力钢筋的空间布束，经济效果好。 （5）适合于修建曲线桥。 （6）不足之处：箱型结构属于薄壁结构，需配置大量的构造钢筋。对于中等跨径桥梁，有时用钢量比工字梁或T 梁大；对于大跨径桥梁，箱梁属于实腹式梁，比空腹式的桁架式结构自重大。由于三向预应力的应用，可采用薄壁、少肋的所谓宽箱截面，收到良好经济效果。 2.试述箱型梁截面的构造特点。 (1)外形：由顶板、底板、肋板及梗腋组成 1）顶板：除承受结构正负弯矩外，还承受车辆荷载直接作用。对承受负弯矩为主的T 形刚构桥，在顶板需配置众多的预应力钢束，为满足布束要求，厚度一般取为18-25cm 。 2）底板：主要承受正负弯矩。采用悬臂施工时，梁下缘承受很大的压应力；同时在施工中还要承受挂篮底模板的吊点反力。在T 形刚构桥和连续梁桥中，底板厚度随梁的负弯矩增大而加厚。底板最小厚度15cm 。 3）肋板：承受截面剪应力和主拉应力，并承受局部荷载产生的横向弯矩，厚度需满足布束及浇筑混凝土的要求，以及锚头锚固的需要，翼板厚度20-35cm 。大跨径桥梁采用变厚度。 4）梗腋：顶板和肋板交接处设置梗腋，以提高截面的抗扭刚度为目的设置，其斜度可按1:1，也可1:2或2:1设计。 (2)箱形截面的配筋 1）纵向预应力筋：结构的主要受力钢筋，根据正负弯矩的需要一般布置在顶板和底板内，部分上弯或下弯而锚于肋板，以产生预剪力。 2）横向预应力筋：当箱梁肋板间距较大，或者箱的悬臂板长度较长时设置。横向预应力钢筋一般为直线形，布置在顶板的上下两层钢筋网间，锚固于悬臂板端。 3）竖向预应力筋：当肋板中的剪应力或者主拉应力较大，配置普通钢筋满足不了要求时设置。竖向预应力钢筋一般下端埋入肋板混凝土，上端锚于顶板顶面。 4）普通钢筋：根据受力需要，或为防止和限制由于温度变化及混凝土收缩而引起的混凝土裂缝等构造要求，一般都配置两层钢筋网。 3.在偏心荷载作用下，箱型梁会产生哪几种变形状态？对应于各种变形状态会出现哪些应力？ 在偏心荷载作用下，箱型梁将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。 （1）纵向弯曲：产生竖向变形f ，在横截面上引起纵向正应力M σ和M τ。 （2）刚性扭转：刚性扭转即受扭时箱型的周边不变形。产生扭转角θ。分自由扭转与约束扭转。 自由扭转：只产生自由扭转剪应力K τ。约束扭转：在截面上产生翘曲正应力w σ和约束扭转剪应力w τ。 （3）畸变（即受扭时周边变形）：畸变的主要变形特征是畸变角γ。产生翘曲正应力dw σ和畸变剪应力dw τ。 （4）横向弯曲：畸变还会引起箱形截面各板的横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力dt σ（纵截面上）。 （5）局部荷载：车辆荷载作用于顶板，除直接受荷载部分产生横向弯曲外，由于整个截面形成超静定结构，因而引起其它各部分也产生横向弯曲，使各板的纵截面上产生横向弯曲正应力c σ及剪应力。