东南大学桥梁工程复习题.pdf

1 1 在在目目前前的的材材料料性性能能及及技技术术水水平平下下，每每一一种种桥桥梁梁结结构构形形式式有有其其合合理理的的跨跨度度范范围围， 超超出出这这一一范范围围，桥桥梁梁的的经经济济指指标标往往往往会会显显著著下下降降，甚甚至至不不可可行行。 简支梁：200m，优势范围：500m，1200m 以上一枝独秀。 2 2、我我国国公公路路桥桥规规和和美美国国A AA AS SH HT TO O L LR RF FD D规规范范是是怎怎样样表表述述桥桥梁梁基基本本设设计计准准则则和和极极限限 状状态态的的？ 1）我国公路桥规对桥梁设计准则表述为：使公路桥涵的设计符合技术先进、安 全可靠、适用耐久、经济合理的要求。公路桥涵应根据所在公路的作用、性质和 将来发展的需要，按照美观和有利于环保的原则进行设计，并考虑因地制宜、就 地取材、便于施工和养护等因素。采用标准化跨径的桥涵宜采用装配式结构，适 用于机械化、工厂化施工。特殊大桥宜进行景观设计；上跨高速公路、一级公路 的桥梁应与自然环境和景观相协调。 公路桥涵结构应按承载力极限状态和正常使 用极限状态进行设计。 2）AASHTO 桥规提出的设计准则：桥梁应该按照规定的多种极限状态进行设计， 以实现可施工性、安全性和使用性的目标，并恰当考虑可检修性、经济性和美观 性方面的问题。AASHTO 桥规提出了如下 4 种极限状态：使用极限状态、疲劳和 断裂极限状态、强度极限状态、极端事件极限状态。 3 3、目目前前每每年年发发生生的的大大量量桥桥梁梁倒倒塌塌案案例例，是是否否说说明明需需要要进进一一步步完完善善现现有有的的桥桥梁梁设设 计计理理念念？ 是是。( (以以下下为为个个人人愚愚见见，有有意意补补上上的的请请告告知知众众人人。) )目目前前的的桥桥梁梁设设计计理理论论还还 是是基基于于弹弹性性基基础础上上建建立立的的，这这与与桥桥梁梁使使用用情情况况中中的的真真实实受受力力及及变变形形存存在在差差距距， 且且现现在在的的一一些些理理论论基基于于假假设设（如如抗抗剪剪设设计计与与收收缩缩徐徐变变等等等等） ，这这些些在在设设计计计计算算中中 都都存存在在一一定定的的不不确确定定因因素素，不不能能与与实实际际情情况况符符合合得得很很好好，诸诸如如此此类类仍仍需需要要现现代代 人人或或是是后后人人的的进进一一步步研研究究完完善善。 4 4. .对对图图 2 2- -2 22 2 的的理理解解( (p p2 25 5) ) 图中示意桥梁从弹性到破坏的全过程“力-位移” （P）曲线，其中作用 力的来源可以是活载或水平地震作用，将结构弹性极限点的力和位移分别用 y P 和 y 表示，强度极限点的力和位移分别用 a P 和 a 表示，结构延性极限点的力和 位移分别用 u P 和 u 表示。 使用极限状态考察的目标在弹性范畴( ) , yy P 之内；强度极限状态所考察的 目标主要在强度破坏极限点（ a P） ；疲劳和断裂极限状态的检算内容虽在弹性范 畴，但关心的是随时间的累积损伤，常用应力幅或其他损伤指标表征；极端事件 极限状态所考察的状态更是随性能目标而定。 5 5. .在在桥桥梁梁概概念念设设计计中中，请请分分析析 “定定性性校校核核定定量量，手手算算校校核核电电算算”的的必必要要性性，怎怎 样样才才能能做做好好？ 当今的桥梁设计计算， 已主要交由专业设计软件去完成。 但电脑只是人脑强 大的辅助设计工具， 是人脑定量分析能力的延伸，但电脑代替不了人脑的智慧思 考。 设计者要对实际结构模型简化的正确与否负责， 对施工过程中的最不利工况 有预见性。此外，结构有限元离散化的疏细程度和边界假定，特殊荷载工况和荷 载组合，收缩徐变模式和温度梯度模式的选取等，均影响到分析计算的结果。在 对设计软件不够熟悉的情况下，错误的输入则会导致错误的计算结果。 鉴于结构设计软件是个暗盒， 对其输出结果还要通过定性分析与手算进行判 定与校核，而且设计者可以做到。 运用概念来把握各种计算结果的数量级与范围， 或通过参数变化判定计算结 果的变化趋势，能够避免设计错误。 6 6. .怎怎样样理理解解林林同同炎炎教教授授对对预预应应力力作作用用的的阐阐释释？（p p6 65 5） （1）预加应力的目的是将混凝土变成弹性材料 预加应力的目的只是为了改变混凝土的性能，变脆性材料为弹性材料。 这种 概念认为预应力混凝土与普通钢筋混凝土是两种完全不同的材料， 预应力筋的作 用不是配筋， 而是施加预压应力以改变混凝土性能的一种手段。如果预压应力大 于荷载产生的拉应力，则混凝土就不承受拉应力。这种概念要求将无拉应力或零 应力作为预应力混凝土设计准则。这样可以用材料力学公式计算混凝土的应力、 应变和挠度、反拱，十分方便。 （2）预加应力的目的是使高强钢材与混凝土能够共同作用 这种概念是将预应力混凝土看作高强钢材与混凝土两种材料组成的一种特 殊的钢筋混凝土。预先将预应力筋张拉到一定的应力状态， 在使用阶段预应力筋 的应力（应变）增加的幅度较小，混凝土不开裂或裂缝较细，这样高强钢材就可 以与混凝土一起正常工作。 可以利用这种概念，将预应力筋与普通钢筋作等强代换，减少用钢量，解决 受拉钢筋数量过多不便施工的矛盾。很多情况下这种做法是经济的。 （3）预加应力的目的是荷载平衡 预加应力可认为是对混凝土构件预先施加与使用荷载相反的荷载， 以抵消部 分或全部工作荷载。用荷载平衡的概念调整预应力与外荷载的关系，概念清晰， 计算简单，可以方便地控制构件的挠度及裂缝， 其优点在超静定预应力结构的设 计中尤为突出。 7 7. .对对中中小小跨跨度度混混凝凝土土桥桥梁梁经经常常采采用用横横向向装装配配式式截截面面形形式式，而而大大跨跨度度混混凝凝土土桥桥梁梁 多多采采用用整整体体箱箱形形截截面面梁梁，试试分分析析其其原原因因。 中小跨度混凝土桥梁截面尺寸小，梁高较小，如果采用整体箱梁截面，则架 设模板比较麻烦，经济性也不好，而采用横向装配式截面形式施工方便，比较经 济；大跨度混凝土桥梁采用整体箱形截面梁，因为箱形截面整体性强，克服肋 式截面整体性差的缺点顶板、底板面积较大，能有效地承担正负弯矩，并满足 配筋的需要箱形截面是一种闭口薄壁截面，抗扭刚度大， 抵抗偏心荷载能力强 箱形截面静力和动力稳定性好。 8 8. .不不少少混混凝凝土土桥桥梁梁采采用用了了体体内内预预应应力力和和体体外外预预应应力力混混合合配配置置的的方方式式，试试讨讨论论其其 必必要要性性。 首先体内体外混合配束与全体内束相比，混合配束可以减少体内束数量， 解决腹板内钢束布置空间不足的问题；其次，体外束方便再次张拉，可以补偿长 期预应力损失；再者，体外束方便后期维护与更换，可提高结构耐久性。 9 9. .试试讨讨论论节节段段预预制制拼拼装装施施工工方方法法的的优优劣劣。 优点： （1）梁体节段工厂化的预制，施工质量易得到保证； （2）节段的养护时间长，加载龄期晚，成桥后梁体的徐变变形以及预应力的长 期损失都较现浇梁要小； （3）重量较轻，尺寸较小，运输方便； （4）下部结构施工与上部梁段预制可同步进行，且拼装速度快； （5）对环境影响小，适宜桥下有特殊要求的桥梁施工； （6）耐久性较好，比较经济； 缺点： （1）对工业化程度及吊装机要求高； （2）存在节段划分、剪力键设置、接缝类型选择和临时预应力等问题； 1 10 0、混混凝凝土土梁梁桥桥常常见见施施工工方方法法有有哪哪些些？ 施施工工 方方法法 工工艺艺特特点点 结结构构特特点点 预预制制 装装配配 多为横向装配，典型截面有 T 形、I 形、空心板 及小箱梁等，生产标准化，吊装重量轻 简简支支，简简支支变变连连续续，跨跨 度度约约 1 16 65 50 0m m 原原位位 现现浇浇 施工对环境的影响大，施工支架要一次性搭设， 适宜于跨数较少的情况，对桥位有要求 简简支支，连连续续，跨跨度度约约 3 30 05 50 0m m 整整孔孔 预预制制 架架设设 截面一般为单箱单室， 整孔重量大， 对吊装能力 要求高，架设速度快 简简支支，简简支支变变连连续续，跨跨 度度一一般般不不超超过过 7 70 0m m 移移动动 模模架架 一般适用于等截面桥梁， 且多跨多联， 采用标准 化移动模架设备，速度较快 连连续续，跨跨度度约约 4 40 06 60 0m m 顶顶推推 在一端桥头设现浇台座，一般适用于等截面梁。 在梁的前端一般设钢结构鼻梁， 由于梁体不断变 换受力状态，设有较多临时束 连连续续， 跨跨度度一一般般不不超超过过 6 60 0m m 节节段段 预预制制 逐逐孔孔 拼拼装装 短线（或长线）台座预制梁体节段，梁体质量优 于现浇梁。 施工时由于一跨所有梁体重量都需架 桥机承担，因此对架桥机的承载能力要求较高 简简支支，简简支支变变连连续续，跨跨 度度约约 3 30 06 60 0m m 节节段段短线（或长线）台座预制梁体节段，梁体质量优连连续续； 采采用用跨跨墩墩架架桥桥机机 预预制制 悬悬臂臂 拼拼装装 于现浇梁。 当采用跨墩架桥机时， 桥梁跨度较小； 当采用桥面吊机时， 则可适用于大跨度桥梁。 施 工期间不影响桥下通行，对环境影响较小 时时，跨跨度度约约 3 30 08 80 0m m； 采采用用桥桥面面吊吊机机， 跨跨度度可可 达达几几百百米米 节节段段 悬悬臂臂 浇浇筑筑 适适用用于于大大跨跨度度变变截截面面桥桥梁梁，施施工工期期间间不不影影响响桥桥 下下通通行行，对对环环境境影影响响较较小小 连连续续， 跨跨度度可可达达几几百百米米 1 11 1、剪剪跨跨比比定定义义，它它是是怎怎样样影影响响受受剪剪破破坏坏形形态态的的？ 答：剪跨比是影响混凝土梁剪切破坏的一个重要参数。 剪跨比为剪跨长度与梁的 有效高度的比值：m=a/h0；在更广泛的意义上，剪跨比定义为截面弯矩 M 与剪力 V 和有效高度 h0之积的比值：m=M/(Vh0) 对于无腹筋混凝土梁，当剪跨比 m1 时，容易发生斜压破坏，破坏类似于 受压短柱，主要是由于主压应力超过混凝土的抗压强度引起的；当剪跨比 1m 2.5 时，一般发生剪压破坏，此时斜裂缝延伸至荷载垫板下，剪压区混凝土压 碎而破坏；当剪跨比 m2.5 时，混凝土梁可能发生斜拉破坏或是弯曲破坏，在 斜拉破坏情况下，腹剪斜裂缝一旦出现就很快向两端发展， 将梁劈裂为两部分而 破坏。 1 12 2、轴轴向向压压力力对对梁梁的的抗抗剪剪能能力力有有何何影影响响？ 答：承受轴向压力的混凝土梁（如预应力混凝土梁） ，其受剪承载力随轴向压力 的增加而有所提高。 这是因为轴向压力能延迟斜裂缝形成， 减少斜裂缝的开展和 增加混凝土剪压区的高度， 因此， 破坏时混凝土剪压区所承担的那部分抗剪能力 提高了。随着轴向压力的递增，结构的破坏形态可以经历剪压破坏、斜压破坏、 压剪破坏、小偏压破坏等。 1 13 3 等等效效荷荷载载的的概概念念和和求求解解方方法法。 等效荷载法的原理：将预应力筋及其锚固点对结构的作用，转换为一种等效 荷载， 并把这种荷载如同外荷载一样施加在抽取预应力筋以后的结构，用以计算 由预应力对结构产生的效应。预应力等效荷载以弹性材料假设为基础，只能用于 使用阶段的结构分析，不能用于承载能力极限状态的计算。 求解方法：（课本P141、142）直线型预应力筋、折线型预应力筋、抛物线 型预应力筋。 1 14 4 预预应应力力在在超超静静定定梁梁中中产产生生的的次次内内力力和和总总内内力力如如何何计计算算？ （课本P143） 总内力=初内力+次内力，总内力可按下列公式计算： 轴力( )( )( ) 0Ts NxNxNx=+ 弯矩( )( )( ) 0Ts MxMxMx=+ 剪力( )( )( ) 0Ts QxQxQx=+ 将预应力转换为等效荷载作用后，求得的内力是总内力， 减去初内力后等于 次内力。次内力由支座次反力引起，故沿梁的长度方向线性变化。 1 15 5 简简支支梁梁桥桥的的预预应应力力合合力力作作用用点点可可以以通通过过玛玛涅涅尔尔可可行行域域加加以以确确定定，其其约约束束条条件件 是是什什么么？ （课本P146、147）玛涅尔可行域的约束条件： 1) 预应力传力锚固阶段，上缘拉应力、下缘压应力不超限： ()() 0 e1/ biitit kPMW+ ()() 0 e1/ tiicib kPMW + 2) 使用阶段，上缘压应力、下缘拉应力不超限： ()() 0 e1/ biscst kPMW+ ()() 0 e1/ tistsb kPMW + 3) 对于体内预应力筋，还要求预应力筋至梁体底缘的最小距离满足构造要求： () 0 min e bc yd 4) 对于体外预应力筋，还应结合预应力筋的转向构造，限定体外束的偏心距： 0 e be yd+ 注： 玛涅尔可行域仅由条件1、 2给出， 但实际预应力筋的位置还受到3、 4的限制。 1 16 6 在在大大跨跨度度混混凝凝土土桥桥梁梁设设计计中中，怎怎样样的的状状态态算算是是“合合理理成成桥桥状状态态”？ 通过预应力效应去平衡其他荷载产生的效应进而抑制长期下挠，这种以控制 长期时效变形为目标的成桥状态， 称之为合理成桥状态， 定义为： 在桥梁竣工时， 预应力在抵消恒载产生的弯曲和剪切效应之后，使得梁体处于恰当的内力状态， 使之平衡一定比例活载、恒载等作用，实现抑制桥梁长期下挠的目标，主要包括 三个方面：合理受弯状态，合理受剪状态，合理应力状态。 合理受弯状态：要求梁体根部区域储备一定量的正弯矩，用以抵抗活载、温 度等在根部截面产生的负弯矩；跨中部位储备一定量的负弯矩，用以抵抗受剪状 态在长期运营中因活载、温度等可变荷载造成的不利影响。 合理受剪状态： 有效预应力引起的剪力应该能够抵抗恒载产生的剪力， 抵消 后的剩余剪力分布图，应该与活荷载的剪力包络图大致相反， 这样可以抑制桥梁 运营期间活载、温度等产生的剪力。 合理应力状态： 要求梁体全截面保持一定的压应力，且梁体根部截面上缘压 应力要大于下缘压应力，跨中截面下缘压应力大于上缘压应力，这种状态可以避 免长期运营及最不利荷载下出现拉应力。 1 17 7 对对图图8 8- -2 2的的理理解解 对承受偏心集中力作用的单箱单室截面，可以将力 P 的作用， 通过等效离析 近似分解成四种最基本的空间作用效应如图 8-2,虚框所示，即：偏心荷载作用 下的横向框架效应；对称荷载作用下的剪滞效应；扭矩作用下的约束扭转效应； 反向力偶作用下的畸变效应。 1.偏心荷载作用下的横向框架效应： 简支框架承受偏心荷载， 记两个支反力 分别为 P 和 P ，和可以通过力的平衡算出，根据此图式计算箱梁顶板、 底板及腹板的横向受力。 2.对称荷载作用下弯曲效应（包括剪滞效应） ：在梁腹板出作用有集中力 0.5 2 PP + = ，据此计算弯曲应力，亦可考虑薄璧箱梁剪滞效应对正应力的影 响。 3.扭矩作用下的约束扭转效应：沿截面周边的内力，按外扭矩 2 Pb 作 用于箱梁，进行扭转分析。 4,反向力偶作用下的畸变效应：按左、右腹板上反对称荷载 4 P 所组成 的力偶，和顶板、底板上方方向水平力 4 b P h 组成的反对称力偶，进行畸变 分析。 1 18 8 解解释释箱箱梁梁桥桥“剪剪力力滞滞/ /扭扭转转/ /畸畸变变”这这些些空空间间效效应应的的概概念念，它它们们对对按按平平面面杆杆系系 分分析析得得到到的的结结果果，有有哪哪些些修修正正或或补补充充？ 剪滞效应概念：宽翼缘箱形截面梁在弯矩作用下，其上下翼缘的正应力沿宽 度方向呈不均匀分布现象称为剪力滞。 扭转：薄璧杆件力学中，将扭转问题分为自由扭转和约束扭转。自由扭转： 又称圣维南扭转，由于杆件边界不受约束，薄璧截面在扭转前后允许发生自由翘 曲（凹凸） ，各截面纵向翘曲位移相等，扭转角沿纵坐标按直线规律变化，截面 上只有分布剪应力，没有因翘曲而产生的正应力。约束扭转：由于翘曲位移受到 约束而引起截面应变的扭转，约束扭转不仅产生剪应力，还产生正应力。 畸变：箱梁的畸变荷载分力是一组自相平衡的力系，有畸变变形导致的内力 也是自相平衡的。畸变引起的桥梁变形包横向和纵向。从横向看，箱梁的横向变 形犹如在对角荷载下的菱形变形。 箱梁的畸变纵向变形引起截面凹凸翘曲， 畸变 荷载分量使桥梁顶板、底板和腹板均发生面内挠曲；与此同时底板凸向左侧，底 板左侧受拉，右侧受压；对于两侧腹板也分别产生向上和向下的挠曲。在边界出 变形协调关系下，箱梁截面内德纵向挠曲位移受到一定的约束，从而产生挠曲应 力。工程设计中，在箱梁拐角处设“倒角”并用钢筋予以加强，设置箱梁横隔板 等，防止畸变变形。 1 19 9. .自自由由扭扭转转剪剪应应力力的的薄薄膜膜比比拟拟法法。 基本假设： 薄壁箱梁的自由扭转问题，在材料力学中，圆杆截面的扭转问题，我们假定 杆件变形后截面保持为平面，只是相对转动了一个角度，截面的大小和形状都保 持不变。这个假定对圆杆截面来说是比较符合实际情况，对于非圆截面的杆在转 动时，这个平截面假定不符合实际情况了，也就是说原来的平截面将产生翘曲， 即截面可以沿轴向方向产生位移。 当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时， 这种扭转成 为自由扭转。 相对为约束扭转，不详细解释。 在薄壁杆件自由扭转的线性分析中， 除了线弹性小变形假设有效外， 还采用 “截面周边投影不变形”的假定，即无畸变。该假定认为，杆件受扭转变形后， 其截面周边在原有平面（x,y）内投影形状不变。即截面可以产生沿轴线方向的 位移，也就是说平截面假定无效。 薄膜比拟法： 自然界中一些本质上完全不同的物理现象，却可以用相同的数学规律来描 述。这样，如果我们借助于某种实验或者近似方法，对其中一种物理现象取得有 关的量，从而推导出另外一种物理现象，这种方法称为比拟法。薄膜比拟法，便 是利用扭转问题的应力函数， 与均布横向力作用下张紧的薄膜垂度之间在数学上 的相似性来求解扭转方法。 其基本思想是： 利用杆件自由扭转时应力函数微分方程与均布压力作用下薄 膜挠度 w 微分方程的数学相似性， 对二者进行比拟， 通过研究有直观意义的薄膜 挠度，简捷的讨论杆件自由扭转问题。 2 20 0. .在在设设计计中中，怎怎样样考考虑虑混混凝凝土土桥桥梁梁的的温温度度作作用用？ 影响混凝土桥梁内部温度场和温度应力的因素主要有：热源、 材料的热物理 特性、构件的形状尺寸和约束情况、铺装层的厚度和颜色等。 从热源的角度看，在施工阶段，水泥的水化反应会产生大量的水化热。在运 营阶段，桥梁主要受环境温度作用，包括季节温差、日照和骤然降温等。 材料的热物理特性主要有线膨胀系数、导热系数、比热容等。 对于水化热的考虑，对桥梁工程中十分明显的大体积混凝土部位，如桩基承 台、实体桥台、厚度较大的横隔墙等，一般都有针对水化热的施工对策。预防和 减少混泥土水化热的措施主要有： （1）（8） 。P187 对于环境温度的考虑，均匀温度场导致桥梁纵向均匀的位移，这种位移在纵 向约束时引起温度此内力。 太阳辐射是温度应力的另一种形式，简化为横截竖向 的一维温度场。均匀温度作用和梯度温度作用在规范中有相应的温度模式， 可进 行计算分析。P190 2 21 1. .温温度度自自应应力力和和温温度度次次应应力力的的概概念念和和求求解解方方法法。 温度自应力和次应力主要用于环境温度下结构的纵向分析。 温度自应力：由于在小变形下，平截面假定是成立的，所以变形过程中由于 梁内自约束作用产生的温度应力称为温度自应力。 温度次应力：在环境温度的影响下， 结构受到强迫的挠曲变形或轴向伸缩变 形，在多余约束初将产生约束力，从而引起结构的附加内力，这种附加内力成为 温度次内力，引起的应力为温度次应力。 温度自应力的求解：整体升降温不会引起桥梁的温度自应力， 当沿截面竖向 为非线性温度梯度时，截面内会产生温度自应力，但如果沿截面竖向为线性温度 梯度，则不会产生自应力。求解方法：求解温度自应变（无约束应变与约束应变 之差） ，然后利用截面内力平衡求解。 2 22 2. .混混凝凝土土收收缩缩与与徐徐变变的的概概念念、机机理理，列列举举主主要要影影响响因因素素 答：混凝土徐变指在荷载作用下，混凝土材料除了发生瞬时弹性变形外，还会发 生随着时间持续而增长的变形。 徐变变形主要发生在水泥胶凝体之中，其微观 机理主要有： 在应力作用下， 水泥胶凝体的滑动或剪切所产生的水泥浆的黏稠 变形在应力作用下， 由于吸附水的渗流或层间水转移而导致的紧缩由水泥胶 凝体对骨架弹性变形的约束作用所引起的滞后弹性变形由于局部破裂以及重 新结晶所产生的永久变形 混凝土收缩指混凝土体内水泥胶凝体中的水分蒸发而使本身体积缩小的一种 物理化学现象，它不依赖于荷载。 混凝土收缩机理有干燥收缩：由于混凝土 内部水分的消失，主要是由于吸附水的损失造成表观上混凝土收缩自发收缩： 是在没有水分转移下的收缩其原因是水泥水化物的体积小于参加水化反应的水 泥和水的体积，是由水泥的水化反应所产生的固有收缩碳化收缩： 是混凝土中 的水泥水化物与空气中的 co2发生化学反应的结果 在给定混凝土原材料的情况下，影响徐变和收缩的主要因素有：相对湿度、 构件理论厚度、加载龄期和混凝土强度。 2 23 3. .在在哪哪些些情情况况下下徐徐变变影影响响到到结结构构的的内内力力重重分分布布？ 答：情况一：桥梁在施工中发生体系转换且转换后为超静定体系 情况二：对于 截面各部分龄期不同的情况，在计算截面应力时，也应考虑徐变引起的内力重分 布 2 24 4. .怎怎样样度度量量徐徐变变和和收收缩缩的的量量值值，目目前前规规范范中中的的徐徐变变和和收收缩缩模模式式是是怎怎样样得得来来的的？ 答：目前多采用徐变系数来表征徐变变形的大小，而收缩变形是通过收缩应变来 度量的。 徐变计算模式主要有三种：指数函数模式、各项求和模式和各项连积模式。 指数模式早在 20 世纪 30 年代由德国学者迪辛格提出 0（t）=(1-e -t) 为徐变系数终极值，为徐变增长速度系数，常取 23。 人们认为基于迪 辛格公式的徐变系数计算理论不能反映混凝土材料的诸多特性， 故去寻求基于试 验的徐变系数计算公式，其中各项求和模式是欧洲混凝土协会（CEB）和国际预 应力协会（FIP）于 1978 年联合推出的 CEB-FIP 78 模式，在国际上曾被广泛采 用，也是我国铁路桥规（TB 10002.3-2005）和 85 公路桥规（JTJ023-85）所采 用的徐变预测模式。 此模式在公式的形式上为连加形式，即认为徐变是由不可恢 复的徐变和可恢复的徐变两部分组成。 由于求和模式中系数大部分采用了图表 的形式，但图表给编程计算带来了很多麻烦， 且求和模式中的初始徐变和滞后徐 变在现实试验中很难区分， 因而目前大多规范均采用了连积模式， 如 CEB-FIP 90 模式（我国 2004 年桥规）和 AASHTO 桥梁设计规范（2007）中的模式 混凝土收缩计算模式 CEB-FIP78 模式的收缩函数是书中式 1013，CEB-FIP 90 模式的收缩函数是 1014 式，美国 ASSHTO 规范计算模式在时刻 t 由于收缩 产生的应变取式 1015 2 25 5、混混凝凝土土梁梁桥桥 B B 区区 D D 区区的的概概念念, ,为为什什么么要要采采用用不不同同的的计计算算模模型型? ? 答: B 区是指截面应变分布基本符合平截面假定的结构区域,它们的截面应力状 态可以通过内力得出；D 区是指截面应变分布呈现明显非线性的结构区域，这些 部位具有几何构造上的不连续性或力流受扰动的特点。 桥梁是以受弯为主的构件，其内力、应力和变形满足如下基本方程： ,( ) VS My z EIyM x IbI = ，这些式子的适用条件是纯弯、等截面直梁，并 且跨高比在 6 以上。在横向集中力情况下，这些公式只是近似成立。而且在集中 力作用点附近，在截面有突变的地方，由圣维南原理，这些区域的力流受扰动， 不能按照经典材料力学公式计算。因此，有必要对结构区分 B 区和 D 区，分别进 行研究。 2 26 6、试试阐阐述述拉拉压压杆杆模模型型的的概概念念及及组组成成。在在钢钢筋筋混混凝凝土土结结构构中中，拉拉杆杆和和压压杆杆由由什什 么么组组成成？ 答： 拉压杆模型是从连续体内抽象出的离散桁架模型， 由压杆、 拉杆和节点组成， 用以反映连续体内部力流的传递。 在钢筋混凝土结构中，拉杆一般由普通钢筋或 预应力钢筋构成，压杆一般由受压混凝土构成。 2 27 7、在在后后张张梁梁端端部部锚锚固固区区中中，总总体体区区和和局局部部区区设设计计验验算算的的内内容容有有哪哪些些？ 答：总体区设计验算的内容为总体区与局部区交界处混凝土斜向压应力演算；局 部区设计验算的内容为间接钢筋的设置及锚下承载能力的验算。 2 28 8. .无无铰铰拱拱与与两两端端固固支支梁梁在在结结构构受受力力特特点点上上的的差差异异。 拱可看作由直梁在竖向内弯曲而成， 结构内里发生了重大变化： 亮的截面以 受弯剪为主，而拱则以受压为主。 梁主要受弯，需要用有一定抗弯能力的材料修建，而拱桥主要受压，在合理 拱轴线及特定弯矩的情况下，整个拱轴线上无弯矩。实际荷载是多种多样的，不 均匀分布的荷载作用下，拱会受到一定的弯矩，在总的说来，所收弯矩不大，轴 向受压仍是手里的主要特点。因此，中小跨径拱桥都是用受压能力强受拉能力弱 的圬工材料建成的。 大跨径拱桥仍以受压为主，但也受弯。拱轴线在压弯作用下的稳定问题十分 重要。 （注意：无铰拱与两端固支梁在荷载作用下的弯矩图） 2 29 9. .拱拱肋肋的的失失稳稳与与柱柱的的失失稳稳，可可以以有有怎怎样样的的比比拟拟？ 可采用 “当量压杆法” 。 以L/4处的轴向压力为四分点处的名义屈服临界应力： 拱的拱长: a L 2 ) a (KL EI 2 2 ) 2 a L ( EI 2 cr N= 上式中将拱的稳定问题代换为压感稳定问题。 拱的换算长度系数同具有相同边界条件的相应直杆换算长度系数接近。 无铰 拱的反对称的屈曲形式可以用一根一端固定一端铰支的长度为一半拱长的相应 直杆屈曲形式相比拟； 两铰拱反对称屈曲形式可以用一根两端铰支的长度为一半 拱长的相应直杆屈曲形式相比拟。 这种方法不涉及结构材料的屈曲强度，不需要结构材料的非线性本构关系， 因此只能成为验算方法。 从能量方面考虑，应变能小的失稳模态更容易发生。长度相同的柱与拱，柱 的一阶失稳模态为对称失稳，拱为反对称失稳。 R 1 y EIyM s d EI 2 M W = = = 拱的曲率半径较大，所以曲率较小，导致拱的应变能较柱稍大，所以拱比柱 更加稳定。 3 30 0. .拱拱的的合合理理拱拱轴轴线线的的图图解解法法。 拱轴线的形状直接影响到拱肋的内力分布，理想拱轴线应当是荷载的压力 线。 然而， 拱轴线与各种荷载作用下的压力线相吻合是不可能的， 因为除恒载外， 拱桥还受活载，弹性压缩，收缩温度等影响。对于恒载比较大的大跨度桥梁，经 常采用恒载压力线作为合理拱轴线，在活载比例比较大的情况下， 可采用恒载加 一半活载的压力线作为合理拱轴线。 在均布径向荷载作用下的合理拱轴线是圆拱； 均布荷载作用下的合理拱轴线 是抛物线；实腹拱的合理拱轴线是悬链线。 （注意：索多边形法的求解） 3 31 1. .说说明明拱拱桥桥经经常常发发生生的的前前几几阶阶失失稳稳模模态态 面外侧倾失稳、面内竖倾失稳 拱的第一阶失稳模态为反对称失稳，第二阶为正对称失稳，第三阶为正对称 失稳。 （补充:梁的第一阶失稳模态为正对称，第二阶为反对称失稳，第三阶为正 对称失稳）解释详见题 29。 3 32 2. .弹弹性性中中心心法法 【对称拱的弹性中心】 对于常见的对称无铰拱（图 10-4） ，根据前面的讨论易知，弹性中心位于拱顶的正下方， 当切断面取在拱顶时，由于结构的对称性，有： 1323 0= 12 12211 () s M Myds dsdsyy EIEIEI = 图图 10-4 当0 2112 =时，便可求得刚臂长度： = EI ds EI ds y ys 1 （10-5） 由式（10-5）确定的刚臂的端点就是该图形的弹性中心。 s y为刚臂的端点到拱顶的距 离。 此时力法基本方程中非对角元素均为 0，冗余力可由式（10-3）求解，拱肋中弯矩： 112233p MX MX MX MM=+ 3 33 3. .拱拱桥桥的的施施工工方方法法 （1）有支架施工 （2）缆索吊装施工：跨越能力大，水平垂直运输灵活，适应性广施工稳妥方便。 施工大致包括：拱肋的预制，移运吊装，拱上建筑施工，桥面结构施工。 （3）劲性骨架施工 （4）转体施工：包括竖向转体施工和平面转体施工，其中平面转体施工包括有 平衡重转体、无平衡重转体 （5）悬臂施工：悬臂浇筑、悬臂拼装 （6）少支架施工法 3 34 4. .斜斜拉拉桥桥为为什什么么出出现现较较晚晚？斜斜拉拉桥桥的的优优势势？ 1 斜拉桥材料性能的改进和提高： 斜拉索是斜拉桥最关键的构件， 其材料性能和防腐技术直接关系到斜拉桥的 生存和寿命。近年来高强钢丝，特别是斜拉索卷材技术的不断进步，有力的支撑 了斜拉桥向大跨径的发展。 2 设计理论和计算分析技术的进步： 斜拉桥是一种高次超静定结构，它还是一种柔性结构， 非线性效应和抗风抗 震问题都很突出。斜拉桥在施工过程中会不断发生结构体系的转换， 对于混凝土 斜拉桥，其在施工过程中收缩徐变效应是时间的函数。以上使得斜拉桥的设计、 计算分析十分复杂。 近年来由于斜拉桥计算理论不断进步和发展， 以及计算手段 的进步，为斜拉桥的发展创造了条件。 3 施工技术的进步： 由于伸臂架梁法的开发和进步，斜拉桥可以利用斜拉索进行伸臂施工，索、 梁同时并进，甚至可以索、梁、塔同时并进。在施工中，通过施工过程的监控， 视主梁内力和线性的需要对斜拉索张拉力进行调整， 以期达到满意的线性和合理 的内力分布。 优势： 1 跨越能力的优势： 200m 以下的桥梁中，梁和拱具有很强的优势。在跨径大于 200m 时，梁和拱 优势减弱，主要由于所用材料和重量、 梁的截面高度和架设以及拱桥对地基要求 高等原因。适用于大跨径的悬索桥，跨径小于 600m 时，有活载影响太大和易于 变形的缺点，造价较高。在跨径为 200600m 范围内，斜拉桥是最具竞争力的 桥型。在 6001000m 左右的范围内，钢桥、结合梁和和混合梁斜拉桥有相当 的优势。 2 轻柔、美观和多变的造型加大了斜拉桥的使用范围。 3 35 5. .独独塔塔斜斜拉拉桥桥、双双塔塔斜斜拉拉桥桥、多多塔塔斜斜拉拉桥桥构构造造特特点点？ 斜拉桥的孔径布置主要可以分为双塔三跨式、 独塔双跨式和多塔多跨式等三种形 式。在特殊情况下，斜拉桥也可以布置成独塔单跨式或者混合式。下面就这几种 形式的特点进行简要的分析。双塔三跨式（图一）是一种最常见的斜拉桥孔径布 置形式。双塔三跨式斜拉桥通常布置两个边跨的跨度相等的对称形式，亦可以布 置成两个边跨跨度不等的不对称形式。 边跨的跨度 L1 与主跨的跨度 L2 的比例关 系通常取 0.4左右。 根据已建斜拉桥的资料统计， 一般跨度比L1/ L2=0.350.5。 另外，还可以根据需要在边跨内设置辅助墩，以提高结构体系的刚度。辅助墩数 不宜过多，一般设置 12 个，数量过多效果并不明显。由于双塔三跨式斜拉桥的 主孔跨度较大，一般可适用于跨度较大的河流、河口和海峡。图一 双塔三跨式 斜拉桥 独塔双跨式斜拉桥（图二）也是一种常见的孔径布置方式。独塔双跨式斜拉桥可 以布置成两跨不对称的形式，即分为主跨与边跨；也可布置成两跨对称，即等跨 形式。其中以两跨不对称的形式居多，也比较合理。独塔双跨式斜拉桥的边跨的 跨度 L1 与主跨的跨度 L2 的比例， 通常介于 0.60.7 之间。 由于它的主孔跨径一 般比双塔三跨式的主孔跨径小，故特别适用于跨越中小河流、谷地及交通道路； 也可用于跨越较大河流的主航道部分。 23图二 独塔双跨式斜拉桥在跨越 宽阔水面时，由于桥梁长度大，必要时也可采用三塔斜拉桥，如湖南洞庭湖大桥 （图三，主跨 2348m）。由于中间桥塔没有端锚索来有效地限制其变形， 三塔斜拉桥的结构柔性会有所增大。 3 36 6. .斜斜拉拉索索的的构构造造与与布布置置形形式式（减减震震措措施施）？ 斜拉包括索体和两端的锚具两部分，索体承受拉力，锚具将拉力传给主梁或 是索塔。 1斜拉索的构造 1.钢索的构造 钢索由高强度钢筋，钢丝或是钢绞线按一定的规律编成钢束制成。钢束必须 排列整齐规则，使每根索中的钢丝或是钢绞线均匀受力；钢索断面应紧密，便于 穿过预埋管道并锚固，同时也有利于防腐；钢索最好能弯卷成盘易于运输。 主要包括封闭式钢缆，平行钢筋索，平行钢丝索，钢绞线索，单股钢绞缆。 2.斜拉索的防护构造 斜拉索由高强钢材组成，长期在变幅度高应力状态下工作，防腐是提高拉索 寿命的关键。 拉索的防护可分为钢丝防护和拉索防护。 斜拉索的防护材料必须不 含腐蚀钢材的成分，并要求有足够的强度和良好的耐候性。 拉索的损伤有电化学锈蚀和机械损伤两部分。 前者从钢丝防护和拉索防护两 方面着手，后者必须设置一些防撞措施。 3.斜拉索锚具的构造 锚具分为热铸锚，墩头锚，冷铸墩头锚及夹片群锚。 2斜拉索的布置 1.斜拉索在空间的布置形式 主要有单索面和双索面，其中双索面又分为竖直双索面和倾斜双索面。 2.斜拉索在索面内的布置形式 主要有竖琴形，扇形，辐射形。 辐射形布置的斜拉索沿主梁为均匀分布，而在索塔上则集中于塔顶一点。这 样各斜拉索有可能的最大倾角,故斜拉索的垂直分力对主梁的支承效果也大。由 于索力主要由垂直力的需要而定，因此斜索拉力较小，索用量最省，而且辐射索 使结构形成几何不变体系，对变形及内力分布都有利。这种做法的缺点是：有较 多数量的斜索汇集到塔顶，将使锚头拥挤，构造处理较困难；塔身从顶到底都受 到最大压力，自由长度较大，塔身刚度要保证压曲稳定的要求。 竖琴形布置中的斜拉索成平行排列，因此各索倾角相同，外形最美观，斜索 分别连接在塔的不同高度上，索与塔的连接构造易于处理；由于倾角相同，各索 的锚固构造相同，塔中压力逐段向下加大，有利于塔的稳定性。但是各对索拉力 的差别将在塔身各段产生较大的弯矩；由于是几何可变体系， 对内力及变形的分 布较不利，不过可以用边跨内设置辅助墩的办法来加以改善。 竖琴型布置时斜拉 索倾角较小，索的总拉力大，故钢索用量较多。 扇形布置的斜拉索是不相互平行的， 是介于辐射形和平行形之间的拉索布置 形式