2016年2017年二学期西南交大钢桥15问答题

1、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

2、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：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

3、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。I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/m10. 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

4、。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I = 64m设计荷载为中活载, 主桁尺寸如图所示。试计算主桁斜杆 A E4在主力作

5、用下的杆件内力。联结系2.8kN/m桥面系6.8kN/m高强螺栓0.5 kN/m检查设备1.0 kN/m故每片桁梁重 Pi= (14.5+2.8+6.8+0.5+1.0 )- 2 = 12.8 kN/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 = p 1+ p 2=12.8 + 5.0 = 17.8 kN/m 可偏安全地取为P = 18 kN/m(2)影响线面积Q的计算作出斜杆A巳的影响线，如下图所示。m _ mnsin0 n41*6x8 11则影响线最大纵距=0.618n m-nsind8-4-1 13.6=0464x8 11影响线加载

6、长度及顶点位置4x8x8 = 36_57n -18-1a = 36”-4冥 8 = 0 125+厶36.57Z；7 二 nd(h +0=8x8-36肖7 = 27.43所以，影响线面积Q =- 4+R v= 2x367x0.618=1132 2丄(*+) # = lx 27.43x0464 = 6362 22f3 = Q + Qf = 1130+(-6.36) =4.94(3)由于恒载所生内力= 18x4.94 =88.92AAT2、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& = 0.12%(+l2 =36.57,a= 0.125, = 53.1/m

7、2(2)冲击系数l + /z = l +2840 +Z=1 +2840 + 8x8= 1.27运营动力系数18IS1+ tl二 1 +二 1 +二 1.1740 + Z 40 + 8x8(3)活载发展均衡系数n值的计算=1 +(amax - a) /6对简支桁架梁桥，跨中弦杆(此算例中为弦杆 AA)的k值最小，故 其a值最大。弦杆AA的加载长度l=64m顶点位置a =0.5，查表得k = 45.6 kN/m,故Q 一 叽 一 Z 一 P _183(1+“)M(1+“)PQ (1+“比 1.27x45.688.92八二=0.1171.27x53.1x11.3则对斜杆人巳耳二 1 + ；(嘔-0)

8、 = 1+O0311-0.1176= 1.032ar =88.92=-0.1941,27x56,8x6,36 ir 10311+0.194 仆一77 = l-i(a 一 a = 1= 1.0846 6(4)活载所生内力(包括冲击力)为：帀(1 + “)取=1.032xL27x 531x113= 7864iJV+=-1.084x1.27x56.8x636=3、主力作用下斜杆 A巳的内力7Vr =+70+=88.92+786.4 = 875.3fcVM = A； + ;/Q += 8892 一 497.3 = -408.4*V计算疲劳时的最大内力Nn=Np +（l + /zJJV； = 88.92

9、 + 1.17x53.1x113 = 791X/WVN； =Np+（+丹）M = 8&92-1.17x 56.8 x 636 = -333.7WV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

10、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

11、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. 答：简述下弦杆的截面设计步骤。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 Aj 为 毛截面积Am的0.85 倍；3 ）选定下弦杆的截面形式，根据Am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S；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，进行强度、

12、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I = 64口主桁图式及尺寸同题6

13、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，一- : -1jWTX当三角形影响线顶点左边的活载之和Ra与顶点右边的活载之和R满足下列等式时，即为产生最大杆件内力的活载位置。R二此a b220 x5 + 92r _ 92(30 -r)+80(10 + x)2440解得x =10.4m故桥上静活载总重 P =220 X 5 + 92 X 30 + 80 X (10+10.4) =5492kN 制动力 T=0.07P=0.07 X 5492 =384.4kN下弦杆EE在纵

14、向制动力作用下的杆件内力为T 3844N宀产宀讪钢桥第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，1650m12. 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

15、 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EE所受轴力为：主力作用下

16、 N】=3340 kN，横向附加 力作用下Nw= 498.9 kN，制动力作用下 N=192.2 kN，试确定E2E4杆件的 计算内力。答：解：主力+横向附加力：Nn= Ni + Nw=3340+498.9=3838.9 kN（主力控制）主力+纵向附加力：血=N i+ Nt=3340+192.2=3532.2 kN35322送出二282576妙/3340也1.25（主力控制）因此下弦杆的计算内力取为3340 kN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：Fy尸IF影絲沁辱竽HZ乎HZ吋 秤蓉丕叭（t）图（a）表示的几何图式称为三角型腹杆体系，构造简

17、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

18、，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

19、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

20、=0.2a+1.2,其中 a= NP / (1+ )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n ,对不同杆件通过对活载加大不同的n 倍，使各杆均具有相同的 amax， 相同的 nmax 。n =1+(amax-a)/6 ，其中： amax 为主桁所有杆件的 a 值中最大者a =M / (1+ 卩)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

21、 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 b=651000cm,纵梁作用于横梁上的竖向荷载 R=873kN钢的弹性模量 E=2.06 x 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 X 1.875=1636.9kN m卩=(a+b)/B=(5750-1875)/5750=0.674h / h=5775/(5775+4580)=0.558横梁在框架面内的刚度系数11 8 8ib

22、= Elb / B=2.06 X 10 X 651000X 10- /5.75=2.33 X 10N- m 吊杆在框架面内的刚度系数is= Els/h = 2.06 X 1011X 38200X 10-8/5.775=1.36 X 107N m故吊杆AE下端的弯矩值为3Ms =:(2-0.5/J) + 3(2-0Jx0.558)x2.33 x!0gL36X107x 0.674x1636.9= 101.89W 旳钢桥第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

23、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入（包括入X、入y）的值；2）根据估算的入x及入y值，取其较大者查表得到整体稳定容许应 力折减系数 1,则选取杆件的毛截面积为根据选取的Am,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S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

24、. 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I = 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AiEo及下弦杆E2E4在横向风