桥梁工程学习指导与习题集.pdf

桥梁工程桥梁工程学习指导与习题集学习指导与习题集 北京建筑工程学院 土木与交通工程学院道桥教研室 编编 者者 语语 桥梁工程课程是土木工程专业城市道路与桥梁工程方向的 一门必修主干课程，本课程所讲授的内容包括梁式桥和拱桥两部分。主 要介绍了桥梁的构造、设计、计算的基本方法、基本理论和桥梁施工的 主要技术方法。为使学生更好地学习和掌握教学内容，特编写本学习指 导，将教学过程中的重点、难点及主要内容和 方法进行一一解答，并在 每一章节的后面将学习的重点和难点作为思考题供学生学习之用，在编 写的过程中，有不成熟的地方敬请批评指正。 北京建筑工程学院 土木与交通工程学院道桥教研室 龙佩恒 2010 年 10 月 第一篇第一篇 总论总论 第一章第一章 概述概述 教学内容：教学内容： 1、 了解桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况了解桥梁在交通事业中的地位和国内外桥梁的发展概况 2、 掌握桥梁的组成掌握桥梁的组成 3、 掌握桥梁的分类掌握桥梁的分类 教学目的：教学目的： 掌握桥梁的组成和分类的基本概念掌握桥梁的组成和分类的基本概念 教学方法：讲授与提问教学方法：讲授与提问 = 一、本课程内容与其它课程的关系一、本课程内容与其它课程的关系 1、内容： 中小桥梁的构造方法、设计计算方法和施工方法 2、关系： 材料力学 结构设计原理 理论力学 弹性力学 桥梁设计施工 结构力学 桥 梁 工 程 二、桥梁的地位和发展二、桥梁的地位和发展 1、地位： 桥梁是交通的咽喉 2、发展： 历史悠久现代落后，体现在基础工业的技术落后。 三、桥梁的组成和专业术语三、桥梁的组成和专业术语 1、组成 上部结构：直接承受汽车、人群荷载的结构部分。 下部结构：支撑上部结构并传力到地基。 附属设施：防护工程 2、专业术语 1）几个水位 低水位：枯水季节的最低水位。 高水位：洪峰季节的最高水位。 设计洪水位：按规定的设计洪水频率计算所得的高水位+壅水+浪高。 2）几个尺寸 三个跨径 计算跨径：梁桥：桥梁结构相邻两支座中心之间的水平距离。 拱桥：相邻两拱脚截面形心之间的水平距离。 净跨径： 梁桥：设计洪水位上相邻两桥墩（台）之间的水平净距。 拱桥：相邻两拱脚截面最低点之间的水平距离。 标准跨径： 两相邻桥墩中心线之间的水平距离,或墩中线至桥台台背前缘之间 的距离。 两个全长 桥梁全长：桥梁两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离。 桥梁孔径：桥梁各跨净跨径总和。 三个高度 桥梁高度：桥面与低水位之间的距离，或桥面与桥下路线路面之间的距离。 桥梁建筑高度：桥上行车路面标高至桥跨结构最下缘之间的距离。 桥下净空高度：设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离。 两个矢高和矢跨比 计算矢高：拱顶截面形心至两拱脚截面形心连线的垂直距离。 净矢高： 拱顶截面下缘至两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。 矢 跨 比：计算矢高与计算跨径之比。 四、桥梁的主要类型四、桥梁的主要类型 1、按桥梁受力情况划分 梁式桥：以受弯、剪为主 a）简支梁 b） 悬臂梁 c） 连续梁 图 1.1 拱 桥：以受压为主 a）三铰拱 b）两铰拱 c）无铰拱 图 1.2 刚架桥：以受弯、压为主 图 1.3 悬索桥：受拉索与连续梁结合，拉弯结合 图 1.4 斜拉桥：同上 图 1.5 组合桥：以受弯、压为主 图 1.6 2、按长度划分 特大桥 大 桥 中 桥 小 桥 涵 洞 总 长 L500m 500L100 100L30 30L8 L100m 100L40 40L20 20L5 L规定有哪几种？各种荷载组合的含义是什么？适用于何种 情况？ 3极限状态法与容许应力法在荷载组合方式上有什么不同？ 4极限状态法荷载组合安全系数是如何考虑的？ 5汽车荷载的冲击力在桥梁设计过程中是如何考虑的？冲击力的大小与桥长的 关系是什么？梁桥与拱桥的冲击力计算有什么不同？ 6汽车制动力在桥梁设计中是如何考虑的？ 7汽车的离心力在桥梁设计中是如何考虑的？ 第三章思考问题：第三章思考问题： 1桥梁设计荷载包括几大类？各类设计荷载包括哪几种荷载？桥梁设计荷载包括几大类？各类设计荷载包括哪几种荷载？ 答:包括永久作用、可变作用、偶然作用。永久作用包括结构重力（结构附加重力） 、预加应 力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、水的浮力、基础变为作用。可变作用包 括汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风 荷载、流水压力、冰压力、温度（均匀温度和梯度温度）作用、支座摩阻力。偶然作用包括 地震作用、船只或漂流物撞击作用、汽车撞击作用。 2荷载组合荷载组合规定有哪几种？各种荷载组合的含义是什么？适用于何种情况？规定有哪几种？各种荷载组合的含义是什么？适用于何种情况？ 答：1. 1.承载能力极限状态作用效应组合：基本组合和偶然组合。2.正常使用极限状态作 用效应组合：作用短期效应组合和作用长期效应组合。 2.按承载能力极限状态设计时的作用效应组合： 对应于结构或结构构件达到最大承载能 力或不适于继续承载的变形或变位时的作用效应组合。 按正常使用极限状态设计时的作用效 应组合：对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能对某项极限值时的作用效应组合。 3. 按承载能力极限状态设计时的作用效应组合：基本组合用于结构的常规设计，偶然 组合用于结构在特殊情况下的设计。 按正常使用极限状态设计时的作用效应组合： 短期效应 组合用于在施工过程中承受临时性作用情况下的设计， 长期效应组合用于桥梁使用阶段长时 间承受自重、车辆荷载等作用情况下的设计。 3极限状态法与容许应力法在荷载组合方式上有什么不同？极限状态法与容许应力法在荷载组合方式上有什么不同？ 答： 极限状态法根据不同的极限状态不同荷载其分项系数不同， 其组合方式为各项荷载乘以 相应的分项系数相加后再乘安全系数。容许应力法其荷载分项系数均为 1.0，其组合方式是 各项荷载效应直接叠加。 4极限状态法荷载组合安全系数是如何考虑的？极限状态法荷载组合安全系数是如何考虑的？ 答：对应于设计安全等级一级、二级和三级分别取 1.1、1.0 和 0.9，桥涵的抗震设计不考虑 安全系数。 5汽车荷载的冲击力汽车荷载的冲击力在桥梁设计过程中是如何考虑的？冲击力的大小与桥长的关系是什在桥梁设计过程中是如何考虑的？冲击力的大小与桥长的关系是什 么？么？ 答：1.钢桥、钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥、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、涵洞及重力式墩台不计冲击力。 3 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。 5 冲击系数可按下式计算： 当 f14Hz 时=0.45 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 1.3。 桥长越长冲击系数越小，冲击力越小。 6汽车制动力在桥梁设计中是如何考虑的？汽车制动力在桥梁设计中是如何考虑的？ 答：1.汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算，以使桥梁墩台产生最不 利纵向力的加载长度进行纵向折减。 2.制动力的着力点在桥面以上 1.2m 处，计算墩台时，可移至支座铰中心或移至支座底座面 上。计算刚构桥、拱桥时着力点可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和弯矩。 3.设有板式橡胶支座的简支梁、连续桥面简支梁或连续排架式柔性墩台，应根据支座与墩台 的抗推刚度的刚度集成情况分配和传递制动力。 4.有固定支座、活动支座（滚动或摆动支座、聚四氯乙烯板支座）的刚性墩台传递制动力按 表 1-4-6 的规定采用 7汽车的离心力在桥梁设计中是如何考虑的？汽车的离心力在桥梁设计中是如何考虑的？ 答：1.当弯道桥的曲线半径等于或小于 250m 时，应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载 离