2016年-2017年二学期西南交大钢桥1-5问答题..

钢桥第1次作业

6.钢桥的主要特点是什么？其适用范围如何

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：

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，并使两片主桁受力均匀。

常用几何图式有：

8.对简支梁桥，支座的布置原则是什么？

答：

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。

答：

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？

答：

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？

答：

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。

答：

1、恒载内力计算

（1）恒载集度的假定

参照已有设计，取

主桁14.5 kN/m

联结系 2.8kN/m

桥面系 6.8kN/m

高强螺栓0.5kN/m

检查设备 1.0kN/m

故每片桁梁重p1=（14.5+2.8+6.8+0.5+1.0）÷2 = 12.8kN/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 = 17.8kN/m 可偏安全地取为p = 18kN/m

（2）影响线面积Ω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

影响线加载长度及顶点位置

所以，影响线面积

（3）由于恒载所生内力

2、列车活载内力计算

（1）求换算均布活载k

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

运营动力系数

（3）活载发展均衡系数η值的计算

η = 1+(a max -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α =0.5，查表得k = 45.6 kN/m，故

则对斜杆A3E4

（4）活载所生内力（包括冲击力）为：

3、主力作用下斜杆A3E4的内力

计算疲劳时的最大内力

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：铆接、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：

有明桥面与道碴桥面两种。

8.钢支座及盆式橡胶支座的活动机理分别是什么？

答：

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？

答：

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-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—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。

答：

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A ；

j

2）根据已有的设计经验，取杆件的净截面积A j为毛截面积A m的

0.85倍；

3）选定下弦杆的截面形式，根据A m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δ；

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A j，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？

答：

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。这是由于其有建筑高度h（自轨底至梁底）小的优点。

12.与简支桁架桥相比，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E2E4在纵向制动力作用下的杆件内力。

答：

解：按相应于下弦杆E2E4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R a与顶点右边的活载之和R b满足下列等式时，即为产生最大杆件内力的活载位置。

解得

x=10.4m

故桥上静活载总重P =220×5 + 92×30 + 80×(10+10.4) =5492kN 制动力T=0.07P=0.07×5492 =384.4kN

下弦杆E2E4在纵向制动力作用下的杆件内力为

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。

答：

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：西堠门大桥，1650m。

12.何为桥面系？其作用是什么？

答：

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？

答：

对桁梁桥挠度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铰接。

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的形式有哪些？

答：

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NⅠ= 3340 kN，横向附加

力作用下N

w = 498.9 kN，制动力作用下N

T

=192.2 kN，试确定E2E4杆件

的计算内力。

答：

解：主力+横向附加力：

N Ⅱ= N

Ⅰ

+ N

w

=3340+498.9=3838.9kN

（主力控制）主力+纵向附加力：

N Ⅲ= N

Ⅰ

+ N

T

=3340+192.2=3532.2kN

（主力控制）

因此下弦杆E2E4的计算内力取为3340kN。

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。

答：

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。

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？

答：

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？

答：

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= N P/[(1+μ )N k]。

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η，对不同杆件通过对活载加大不同的η倍，使各杆均具有相同的a max，相同的n max。

η=1+(a max-a)/6，

其中：a max为主桁所有杆件的a值中最大者

a = N P/[(1+μ )N k]

16.简述竖杆的截面设计步骤。

答：

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A3E3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A3E3的截面惯性矩I s=38200 cm4，横梁的截面惯性矩I =651000cm4，纵梁作用于横梁上的竖向荷载R=873kN，钢的弹性模b

量E=2.06×105MPa。试计算吊杆A3E3下端的弯矩值。

答：

解：简支横梁跨中最大弯矩M=873×1.875=1636.9kN·m μ＝(a+b)/B=(5750-1875)/5750=0.674

β＝h′/h=5775/(5775+4580)=0.558

横梁在框架面内的刚度系数

i b＝EI b／B=2.06×1011×651000×10﹣8/5.75=2.33×108N·m

吊杆在框架面内的刚度系数

i s＝EI s／h′＝2.06×1011×38200×10﹣8/5.775=1.36×107N·m

故吊杆A3E3下端的弯矩值为

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，是让各节间下弦杆的长度不变（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λ（包括λx 、λy）的值；

2）根据估算的λx及λy值，取其较大者查表得到整体稳定容许应力

折减系数φ1，则选取杆件的毛截面积为

3）根据选取的A m，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δ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，再由股捻成绳；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，主桁图式及尺寸同题63，桥门架图式及尺寸如下图所示。桥上无车时的风荷载强度为W =1250 Pa，试计算主桁斜杆A1E0及下弦杆E2E4在横向风力作用下的杆件内力。

答：

解：1、求平纵联弦杆的内力

桥上有车时的风荷载强度为

W′= 0.8W =1000 Pa

上、下平纵联所受的横向风力分布集度（单位长度上的横向风力）分别为

ω风上=[0.5×0.4×H+0.2(h+3.0) ×(1-0.4)] ×W′（kN/m）

ω风下=[0.5×0.4×H+1.0 (h+3.0) ×(1-0.4)] ×W′（kN/m）取h = 纵梁高+钢轨枕木高= 1.29 + 0.40 = 1.69m

故

ω风上=[0.5×0.4×11+0.2×（1.69+3.0）×0.6]×1000= 2762.8N/m

=2.76kN/m

ω风下=[0.5×0.4×11+（1.69+3.0）×0.6]×1000 = 5014N/m=5.01kN/ m

则在横向风力作用下的下弦杆E2E4的内力为

2、桥门架效应

作用在桥门架上的风力

腿杆反弯点位置

端斜杆A1E0所受附加弯矩为

端斜杆A1E0所受附加轴力为

下弦杆E2E4所受附加轴力为