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桥梁工程概论综合题作业一、基本分析题1.对下表左列的各桥梁结构型式，选择右列（用箭头线连接）你认为合理的一种施工方法。（10分）桥梁结构形式桥梁施工方法多跨装配式简支梁桥有支架施工石拱桥（吊机、架桥机等）架梁法三跨预应力混凝土连续梁桥悬臂灌注法钢管混凝土拱桥悬臂拼装法钢斜拉桥缆索吊装施工2.对下表左列的各桥梁工程背景，选择右列（用箭头线连接）中你认为最主要和最合适的桥梁施工装备。（10分）工程背景桥梁施工装备悬臂施工钢箱梁斜拉桥骑缆吊机装配式简支梁桥面吊机悬索桥挂篮悬臂施工混凝土连续梁缆索吊装系统装配式混凝土拱桥架桥机3.欲在高速公路上修建一座主跨200m、墩高50m的预应力混凝土连续刚构公路桥，请从下面选出10个与此桥梁设计、构造和施工相关的词汇。（少选或多选一个扣1分）斜拉索、预应力钢绞线、吊杆、锚具、弦杆、矢跨比、联结系、高跨比、护栏、有支架就地灌注施工、等截面梁、变截面梁、明桥面、挂篮、横隔板、锚碇、翻模施工、索塔、临时固结、肋板式截面、合龙段、挡碴墙、人行道、箱形截面。二、案例分析题案例分析题1：包头高架桥倾斜坍塌事故（10分）2007年10月23日晚，丹（东）拉（萨）高速公路包头出口处高架桥的一跨发生整体倾斜坍塌。见图1、2。该桥限载35吨，而当时行驶在高架桥上的三辆拉运钢板的半挂牵引重型货车均超载100余吨。图1 事故现场 图2 鱼腹梁及Y形桥墩（1）整体倾斜的桥跨结构采用的是鱼腹式钢箱梁，其余桥跨采用的是鱼腹式混凝土梁。结合专业知识，在桥宽、车辆活载相同的前提下，对比钢梁与混凝土梁在自重、跨越能力、建筑高度、建设投资方面的相对差异。（2分）比较内容相对关系（用,=,关系描述）梁体自重（相同跨度下）钢箱简支梁混凝土简支梁桥跨越能力（相同梁高下）钢箱简支梁混凝土简支梁桥建筑高度（相同跨度下）钢箱简支梁混凝土简支梁桥建设投资（相同跨度下）钢箱简支梁混凝土简支梁桥（2）在桥梁结构的设计验算中，最重要的四个环节是结构的强度、刚度、稳定性和耐久性。事故反映出该桥在使用中在上述四个环节中的 环节出现了问题。（1分）（3）从事故现场的照片可见，该桥桥面较宽，采用Y形桥墩，桥墩上支座横向距主梁边缘较远（悬臂长度较大）。试根据图1、2绘制一张断面示意图，图中包括鱼腹梁、Y形墩、墩顶支座及最有可能导致桥跨倾斜的车辆活载作用位置，并据此分析桥梁发生事故的可能原因。（4分）（4）如果用混凝土梁替代钢梁，对上述事故的避免有无好处？为什么？若仍采用钢梁，可采用哪些构造措施来避免上述事故的发生？（3分）案例分析题2：支架变形事故（10分） 某桥混凝土上部结构施工采用支架现浇方法。支架由贝雷桁架组成，采用梁柱式构造；每跨纵向设置4排立柱，每排横向设置5根立柱，立柱平均高度约30m；大致在立柱的一半高度位置，采用型钢设置柱间的水平连接。在混凝土浇筑过程中，发现中间两排立柱产生了严重的弯曲变形。见下图。图 支架弯曲变形 结合所学专业知识，试回答下列问题：（1）根据立柱发生严重弯曲变形的特征，分析事故产生的主要原因。（3分）（2）柱间的水平连接构造是否合理？若你承担支架设计，打算如何布置柱间连接？（画出你设计的立面和横断面柱间连接的示意图）（4分）（3）满堂支架也常用于混凝土梁的现浇施工。说明在哪些情况下，不宜采用满堂支架现浇施工。（3分）案例分析题3：陇海铁路灞河大桥洪水溃桥事故（10分）2002年6月8日晚至9日中午，持续的大雨使西安市灞河发生较大洪水。9日下午1时许，该桥第一个桥墩轰然倒塌，铁轨垮塌陷入激流。至下午5时，又有4个桥墩相继冲倒，墩上桥跨完全垮塌断裂，陇海铁路线交通大动脉中断。见下各图。陇海铁路灞河大桥建于1933年，次年建成通车。大桥为椿木桩基础，桩长7.5m左右。自建成以来，在1954年和1962年曾经历过两次水害。1980年和1990年铁道部门曾对桥梁墩台基础进行防护加固。另外，自20世纪80年代以来，大桥下游采砂活动日益频繁。每年采砂超过300000m3。20多年，下游河床下切近10m。 （a）主梁断裂 b）桥面下垂 （c）下游河床下切（第一跨已垮塌） （d）桥墩加固基础外露图 灞河大桥事故现场 结合所学专业知识，试回答下列问题：（1）若你来重新设计该桥（跨度不变），你打算采用什么类型的桥梁基础？依据是什么？（3分）（2）在桥梁上下游附近采砂，对桥梁结构安全有无影响？如何影响？（2分）（3）桥梁设计中是如何考虑洪水影响的？ （2分）（4）你认为导致该桥发生严重水害的主要原因是什么？（3分）桥梁工程试卷2答案一、填空题（每空1分，共20分）（请将答案填写在答题纸上）1简支梁（板）的架设，从架梁的工艺类别划分有陆地架梁法 、浮吊架梁法和 架桥机架梁法 。2作用代表值包括 标准值 、 频遇值 、 准永久值 。3桥台的常见型式有 重力式桥台 、 轻型桥台 、 框架式桥台 和 组合式桥台 等。4公路桥面构造包括 桥面铺装 、 排水防水系统 、 人行道 、 路缘石 （或填：安全带、栏杆、灯柱、安全护栏、伸缩装置 任一个）等。5钢桁梁的主桁主要由 上弦杆 、 下弦杆 、 腹杆 和节点组成。6悬索桥主要由 索塔 、 拉索 、 加劲梁 和 锚碇 等组成。二、名词解释（每题3分，共15分）1 净跨径：在设计洪水位上相邻两桥墩（台）之间的距离。2 车辆制动力：指车辆在刹车时为克服车辆的惯性力而在路面或轨道与车轮之间发生的滑动摩擦力。3 模板：是用于浇筑混凝土、形成结构形状和尺寸的临时性结构。4 上水平纵向联结系：在两片主桁对应的弦杆之间，加设若干水平布置的撑杆，并与主桁弦杆共同组成一个水平桁架，以承受横向水平力，这个水平桁架就叫做水平纵向联结系，简称平纵联。5 持久状态：指桥涵使用过程中长期承受结构自重、汽车荷载等作用的状态。在该状态下要求对设想的结构所有功能进行设计。三、简答题（每题5分，共35分）1预应力混凝土简支梁与钢筋混凝土简支梁相比有何优点？答：1）采用高强度钢筋，可节约一定的普通钢筋；（1.5分）2）预加压应力可大幅度提高梁体的抗裂性，并增加了梁的耐久性；（1.5分）3）由于利用高标号混凝土，截面尺寸减小，梁体自重减轻，可以增大跨越能力，也有利于运输和架设；（1分）4）混凝土全截面受压，充分发挥了混凝土抗压性能的优势，也提高了梁的刚度。（1分）2支座的作用是什么？连续梁桥的固定支座布置有何要求？ 答：1）支座的作用是把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并能够适应活载、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。（4分）2）连续梁桥每联只设一个固定支座。曲线连续梁中间常设单支点支座，仅在一联范围的梁的端部（或桥台上）设置双支座。（1分）3作用效应组合的基本原则是什么？答：应只涉及结构上可能同时出现的作用效应（3分），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。（2分）4在后张法预应力简支梁中，预应力筋大部分在梁端附近都要弯起，这是为什么？答：在后张法预应力简支梁中，跨中截面为了获得最大的承载能力和较大的预压应力，预应力筋尽可能地靠近梁的下缘布置，在支点附近由于梁体自重弯矩减小，在张拉锚固阶段梁体上缘可能会出现过高的拉应力，可能导致开裂，因此为减小预应力产生的弯矩，所以大部分预应力钢筋在梁端附近都要弯起以减小偏心（3分）。再者，由于预应力钢筋靠锚具锚固在梁端，锚具和张拉千斤顶需要一定的工作面积，锚具垫板下混凝土具有较高的局部压应力，可能造成锚下混凝土开裂，因此也需要将锚具在梁端分散布置，使得大部分预应力钢筋在梁端附近都要弯起（2分）。5桥梁伸缩装置的作用是什么？答：桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩和徐变等影响下将会发生伸缩变形。（1分）桥梁伸缩装置作用就是为满足结构按照设计的计算图式变形，同时又能保证车辆平顺通过。（4分）6试述桥梁工程设计的基本原则以及各原则之间的关系。答：1）桥梁设计的原则为：安全性、适用性、经济、美观。（3分）2）安全是第一前提。在满足安全、适用要求的条件下，考虑经济。在安全、适用和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的造型。（2分）7在什么条件下应该对扩大基础的基底应力进行重分布计算？为什么需要进行应力重分布计算？答：当基底应力出现小于零的情况下，应进行基底应力重分布计算（2分）。这是由于当部分基底应力小于零时，意味着这部分基础不再承受压力，而导致截面内压应力峰值可能增大，因此，为保证基底应力满足安全要求，需要进行应力重分布计算。（3分）四、计算题（共30分）1如图所示为一座桥面板为铰接的T形截面简支梁桥，桥面铺装厚度为0.1m，净跨径为1.4m，试计算桥面板根部在车辆荷载作用下的单位宽度（1m）活载弯矩和剪力。（车辆前后轮着地宽度和长度分别为：和；车辆荷载的轴重）图 截面示意图（单位：m）（1）荷载轮重分布在桥面板顶面的尺寸：沿纵向：（2分）沿横向：（2分）板顶分布荷载：（5分）（2）板的有效宽度悬臂板边缘：（2分）悬臂板根部：（2分）（3）悬臂板根部内力每米宽悬臂板在根部的活载弯矩：（6分）每米宽悬臂板在根部的活载剪力：（6分）2（5分）某桥墩基础为扩大基础，基底截面如下图所示，其中纵向d=300cm，横向b=600cm，竖向力N=2500kN，纵向水平力P=650kN，纵向弯矩M=1950kN-m。基础与土壤的摩擦系数f=0.33。检算基底的滑动稳定性（滑动稳定性系数）和倾覆稳定性（倾覆稳定性系数）Mdb图2 基础平面图解：解：1）抗滑动稳定验算：（3分）故不满足要求。2）抗倾覆稳定性验算（2分）满足要求。桥梁工程试卷1答案一、填空题（每题1分，共20分）（请将答案填写在答题纸上）1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 。2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 。3按结构体系及其受力特点，桥梁可划分为 梁 、 拱 、 索 和 组合 体系。4明挖扩大基础的稳定性验算包括倾覆稳定 验算和 滑动稳定 验算。5桥梁支座按其变为的可能性分为 固定支座 和 活动支座 。6桥跨结构在 气温变化 、 活载作用 、 混凝土收缩 、 徐变 等影响下将会发生伸缩变形。7钢桥所用的连接形式有 铆接 、 焊接 、 栓接 。二、名词解释（每题3分，共15分）1建筑高度：桥面（或轨底）至桥跨结构最下缘的距离。2荷载横向分布：是指对于多主梁桥，作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁间进行分配，或者说各主梁如何共同分担车辆活载。3冲击力：车辆活载以一定速度在桥上行使时，会使桥梁发生振动，产生竖向动力作用，这种动力作用会使桥梁的内力和变形较静活载作用时为大，其作用大小为冲击力。4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。5结合梁桥：用剪力键或抗剪结合器或其他方法将混凝土桥面板与其下的钢板梁结合成整体的梁式结构。三、简答题（每题5分，共35分）1在铁路桥梁中，道碴桥面需要设置挡碴墙，顺桥向挡碴墙需设置断缝，这是为什么？答：在铁路桥梁中，顺桥向内外侧挡碴墙高于梁顶面，在设计时控制梁顶面压应力不超过材料的允许压应力，因此，如果挡碴墙参与主梁共同工作，可能会使挡碴墙压应力超过材料的允许压应力，造成挡碴墙压碎（4分）。所以在挡碴墙上隔一定距离设置一道断缝，使挡碴墙不参与主梁共同工作。（1分）2在装配式T形梁桥中，横隔梁（板）的作用是什么？答：铁路桥梁：两片梁架设好后，应先将横隔板连接好后才能通车，不仅在于保持横向稳定性，更重要的是使两片梁在列车荷载作用下能共同分担荷载和防止梁受扭（2分）。钢轨并不是正好位于梁肋之上，而是在梁肋内侧。这样，如果两片梁没有联成整体，那么在列车通过时，梁便要受扭；若联成整体，则在直线线路上，由于线路中线与已联成整体的桥梁中心线重合（或基本重合），则梁就不会受扭或仅稍稍受扭（1分）。对于在曲线上的桥梁，由于存在离心力并且列车也不是均匀分配在两片梁上，因此就更有设置横隔板的必要（1分）。公路桥梁：横隔梁在装配式T形梁桥中起着保证各根主梁相互联成整体的作用。它的刚度越大，桥梁的整体性越好，在荷载作用下各主梁就能更好地共同工作。（1分）3公路车道荷载为什么需要进行纵向折减？答：因为在制订车道荷载标准时，采用了自然堵塞的车间间距，在确定荷载大小时，采用了重车居多的调查资料（2分）。但对大跨径桥梁，随着跨径的增加，实际通行车辆出现上述情况就会逐步缓解，因此，需对汽车荷载按跨度进行折减（3分）。4设置桥梁纵坡的原因和目的是什么？答：一方面有利于排水（3分），另一方面，则是桥梁立面布置所必需（2分）。5为什么斜桥的斜交角不宜过大？答：斜桥的斜交角过大将使得：1）桥梁的跨度增大，提高造价；（2分）2）结构受力不合理；（2分）3）增加构造难度。（1分）6分别阐述板式橡胶支座和盆式橡胶支座的工作原理答：板式橡胶支座的活动机理是：利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角（1.5分），利用橡胶的剪切变形实现水平位移（1.5分）。盆式橡胶支座的工作原理是：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（1分）；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。（1分）7试给出铁路桥墩几种可能的荷载组合，并给出相应的活载布置图式。答：1）按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合。(2分)2）按桥墩各截面在顺桥向可能产生的最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。（2分）3）按桥墩各截面在横桥向可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行组合。（1分）10kN/m四、计算题（共30分）1如图所示的简支梁桥，内外梁截面相同，试计算在车辆荷载作用下2#梁A端的剪力，不考虑简支梁B端荷载横向分布系数的变化影响。要求：梁端部荷载横向分布系数按杠杆