桥梁工程复习思考题

1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)，表示桥梁的跨越能力。对多跨桥梁，最大跨度称为主跨(mainspan)。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、剪，不承受轴向力。2)常用的简支梁(simply-supportedbeam)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(cantileverbeam)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(continuousbeam)因桥跨结构连续，克服了悬臂梁的不足，是目前采用得较2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形的拱圈(archring)。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(stiffeninggirder)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(combinedsystembridge)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(clearopening)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(permanentaction)；可变作用(variableaction)；偶然作用(accidentalaction)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，liveload)。偶然作用:指在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3间是什么关系？43.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JTGD62》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，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。53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μ5冲击系数μ可按下式计算：当Hz时，μ=0.05当1.5Hz14Hz时，μ=0.1767lnf－0.0157当Hz时，μ=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μ=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，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.202gW6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（ballasteddeck），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（opendeck）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：①在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩；②装置本身及其与结构的连接牢固可靠；③车辆驶过时应平顺、无突跳与噪声；④可防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；⑤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，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