桥梁设计思考题

桥梁建设的基本程序是怎样的？答：一座桥梁的规划设计所涉及的因素很多，它是一个综合性的系统工程。在我国，基本建设程序分为前期工作和正式设计两个大步骤，它们的关系如下图设计阶段 建设程序预可行性研究报告预可行性研究报告可行性研究报告初步设计技术设计施工图设计前期工程三阶段设计项目建议书可行性研究报告主管省（市）计划部门审批投资在限额以上时由国家发展计划委员会审批主管省（市）计划部门审批投资在限额以上时由国家发展计划委员会审批工程立项设计任务书招投标及施工准备施工阶段建设单位审批招标文件开工报告建设单位审批图1桥梁基本建设程序图桥梁设计之前应调查和收集哪些基本资料？答：一座桥梁在进行设计之前，首先应调查和收集以下的资料：（1）调查研究桥梁的桥上交通种类及其要求，包括车辆荷载的等级、实际交通量和增长率、需要的车道数及人行道要求。（2）选择可供比较的2-3个桥位。（3）测量桥位附近的地形并绘制地形图。（4）对桥位处进行地质钻探，并绘制地质剖面图。（5）调查并测量河流的水文情况（河床断面、流量、流速洪水资料）。（6）与航运部门协商和确定航道等级、设计通航水位和通航净空要求。（7）调查和收集有关气象资料，包括气温、雨量和风速情况。（8）向地震部门了解桥位处属于我国哪一类基本烈度区和历史上的地震记录。（9）调查当地的施工条件，包括建筑材料供应、运输条件、桥位处的农田和已有的建筑物和构造物以及水电供应等。初步设计阶段的任务是什么？答：初步设计应根据批复的可行性研究报告、测设合同和初测、初勘或定测、详勘资料编制。初步设计的目的是确定设计方案，应通过多个桥型方案的比选，推荐最优方案，报上级审批。在编制各个桥型方案时，应提供平、纵、横布置图，标明主要尺寸，并估算工程数量和主要材料数量，提出施工方案的意见，编制设计概算，提供文字说明和图表资料，初步设计经批复后，则成为施工准备、编制施工图设计文件和控制建设项目投资等的依据。施工图设计的内容是什么？答：两阶段（或三阶段）施工图设计应根据初步设计（或技术设计）批复意见、测设合同，进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体和深化，在此阶段中，必须对桥梁各种构件进行详细的结构计算，并且确保强度、稳定、刚度、裂缝、构造等各种技术指标满足规范要求，绘制出施工详图，提出文字说明及施工组织计划，并编制施工图预算。国内一般的（常规的）桥梁采用两阶段设计，即初步设计和施工图设计，对于技术简单、方案明确的小桥，也可采用一阶段设计，即施工图设计。公路桥梁设计的基本原则是什么？答：桥梁工程须遵照“安全、适用、经济和美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。安全（1）所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备；（2）防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应做好防护栏，防止车辆撞入人行道或撞坏栏杆而落到桥下；（3）对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸；（4）对于修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。适用（1）桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量（包括行人通行）；（2）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝；（3）桥跨结构的下面有利于泄洪，通航（跨河桥）或车辆和行人的通行（旱桥）；（4）桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散，而不致产生交通堵塞现象等；（5）考虑综合利用，方便各种管线（水、电气、通讯等）的搭载。经济（1）桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则；（2）经济的桥型应该是造价和养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短；（3）所选择的桥位应是地质、水文条件好，桥梁长度也较短；（4）桥位应考虑应建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济发展，产生最大的效益，对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的。美观一座桥梁应具有优美的外形，而且这种外形从任何角度看都应该是优美的，结构布置必须精练，并在空间有和谐的比例。桥型应与周围环境相协调，城市桥梁和游览地区的桥梁，可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，另外，施工质量对桥梁美观也有重大影响。选择桥位应注意哪些问题？答：各级公路上的小桥及其与公路的衔接，一般应符合路线布设的要求。各级公路上的大、中桥的桥位，原则上应服从路线上的总方向，路桥综合考虑。在确定具体位置时应注意：（1）尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。（2）桥梁建成以后，必须保证桥下能安全宣泄设计洪水量。（3）注意保护历史文物，保护环境和军事设施等。（4）应适当照顾群众利益，少占良田，少拆迁有价值的建筑物。桥梁全长和各种跨径名称是如何定义的？答：桥梁全长简称桥长，对于有桥台的桥梁为两岸桥台翼墙尾端间的距离，对于无桥台的桥梁为桥面系行车道长度。净跨径对于设支座的桥梁为相邻两墩、台身顶内缘之间的水平净距，不设支座的桥梁为上、下部结构相交处内缘间的水平净距。总跨径是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，它反映了桥下宣泄洪水的能力。计算跨径对于设支座的桥梁，为相邻支座中心的水平距离，对于不设支座的桥梁（如拱桥、刚构桥等），为上、下部结构的相交面之中心间的水平距离，桥梁结构的力学计算是以计算跨径为准的。桥梁高度、桥下净空高度和建筑高度是如何定义的？答：桥梁高度简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差；桥下净空高度是指设计水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的竖直距离；建筑高度是桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的竖直坐标。对较长的桥梁进行分孔时一般要考虑哪些主要因素？答：桥梁分孔是一个较复杂的问题，需要因地制宜，综合比较后确定，一般需要考虑下列主要因素：（1）对于通航河流，在分孔时首先应满足桥下的通航要求。桥梁的通航孔应布置在航行最方便的河域。对于变迁性河流，根据具体条件，应多设几个通航孔。（2）对于平原区宽阔河流上的桥梁，通常在主河槽部分按需要布置较大的通航孔，而在两侧浅滩部分按经济跨径进行分孔。（3）对于在山区深谷上、水深流急的江河上，或需在水库上修桥时，为了减少中间桥墩，应加大跨径。如果条件允许的话，甚至可以采用特大跨径的单孔跨越。（4）对于采用连续体系的多孔桥梁，应从结构的受力特性考虑，使边孔与中孔的跨中弯矩接近相等，合理地确定相邻跨之间的比例。（5）对于河流中存在不利的地质段，例如岩石破碎带、裂隙、溶洞等，在布孔时，为了使桥基避开这些区段可以适当加大跨径。（6）位于城市的桥梁，从美观上要求，应从与周边城区环境相协调的角度出发进行合力的布孔。总之，对于大、中桥梁的分孔是一个相当复杂的问题，必须根据使用要求、桥位处的地形和环境、河床地质、水文等具体情况，通过技术经济等方面的分析比较，才能作出比较完美的设计方案。确定桥面标高时应考虑哪些因素？答：确定桥面标高主要考虑以下三个方面因素的影响：（1）水文状况的影响，桥梁主题结构必须比最高洪水位高出一定的距离。才能保证结构不受损坏。对于不同的桥型都有具体的规定，例如，对于梁式桥，要求支座底面高出设计水位加雍水和浪高等不小于25cm，高出最高流冰水位50cm。对于拱桥也有相应的规定。（2）桥下交通要求的影响。对于通航的河流，其通航孔必须满足通航净空的要求，通航净空尺寸按照《内河通航标准》（GBJ139—90）确定，对于跨越铁路和公路的桥梁，均必须满足相应的铁路和公路的建筑界限规定。（3）桥型及跨径的影响。梁式桥的跨径越大，主梁的高度将增大，从而提高了桥面高度；上承式拱桥的建筑高度很大，故增大了桥面高度，当桥梁的容许建筑高度受到限制时，可采用中承式或下承式拱桥，这样将可大大降低桥面高度。拟定桥面纵坡时应考虑哪些因素？答：桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、确定桥面的标高和桥下净空、确定桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。桥梁横断面设计应考虑哪些因素？答：桥梁横断面的设计包括：确定桥面的宽度（行车道宽和人行道宽），桥跨结构的横断面布置（除车道和人行道外的栏杆布置、横向坡度）。对于下承式桥梁还应考虑承重结构所占的桥面宽度、防撞栏杆的布置以及桥面净空应符合公路建筑界限的规定。公路桥梁设计的作用有哪三类？分别是怎么定义的？每一种作用包括哪些内容？答：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）规定了桥梁的作用有永久作用、可变作用和偶然作用三类，它们的定义分别如下：永久作用是指在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值相比可以忽略不计的作用，包括结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、混凝土收缩及徐变作用和基础变位作用等七种。可变作用是指在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值相比不可忽略的作用。这些包括有汽车荷载，汽车荷载的冲击力、离心力、制动力和引起的土侧压力，人群荷载，风荷载，流水压力，冰压力，温度作用和支座摩阻力等十一种。在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用叫偶然作用，它包括地震作用、船舶或漂流物撞击力和汽车撞击作用。汽车荷载中车道荷载的标准值是怎么选取的？答：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，如图2所示。公路－I级车道荷载的均布荷载标准值qK为10.5kN/m。集中荷载标准值随计算跨径而变，当计算跨径小于或等于5m时，PK为180kN；计算跨径等于或大于50m时，PK为360kN；计算跨径在5m~50m之间时，PK值采用直线内插求得。对于多跨连续结构，PK为按照最大跨径为基准取值。当计算剪力效应时，集中荷载标准值PK应乘以1.2的系数，其主要用于验算下部结构或上部结构腹板的。图2车道荷载示意图公路－Ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值qK和集中荷载标准值PK按公路－Ⅰ级车道荷载的0.75倍采用。按照静力体系和承重结构的截面形式梁式桥分别可以分为哪几种？答：按照静力体系，混凝土梁式桥分为简支梁（板）桥，连续梁（板）桥和悬臂梁（板）桥。简支梁桥属静定结构，是建桥实践中受力和构造最简单的桥型，应用广泛；连续梁桥属超静定结构，因在荷载作用下支点截面产生负弯矩，从而大大减小了跨中的正弯矩，跨越能力大，适用于桥基良好的场合；悬臂梁桥属于静定结构，跨越能力比简支梁桥大，但逊于连续梁，并且因行驶状况不良，目前较少采用。从承重结构的横截面形式上分类，混凝土梁式桥可分为板桥、肋梁桥和箱形梁桥。板桥是最简单的构造形式，施工方便；肋梁桥是在板桥截面的基础上，将梁下缘受拉区混凝土很大程度的挖空，从而显著减轻了结构自重，跨越能力得到提高；箱形截面提供了能承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区，抗弯、抗扭能力强，因而更适用于较大跨径的悬臂体系梁桥和连续体系梁桥。什么叫后张法预应力混凝土梁桥？答：由于施加预应力实在梁体成型之后进行的，固称它为后张法预应力混凝土梁桥。后张法预应力混凝土简支梁桥一般为T形或I字形截面，其跨径和梁高均较板桥要大，靠近支点附近区段的抗剪要求也比板桥要高。为此不能只在梁的底部布置直线预应力筋来解决，而必须将其中一部分预应力筋弯向梁端的上部，以增加斜截面的抗剪强度；另一方面，如果全部为直线预应力筋，将在梁的每个截面产生同样大的预应力负弯矩，它在跨中部分，可由恒载正弯矩抵消一部分，但靠近支座区段，其恒载负弯矩较小，往往在张拉中回引起梁顶开裂。由于这些原因，必须布置一部分曲线预应力筋。这样就不能象板桥一样采用台座式的先张法预应力筋的成批生产方法，而只能改用在模板内事先预埋供预应力穿入的孔道，待混凝土达到规定强度后，再向孔道内穿入预应力筋进行张拉并锚固，最后进行孔道灌浆，并浇筑梁端封端混凝土。预应力混凝土肋梁桥中，除了预应力筋束之外，还要布置哪些普通构造钢筋？答：预应力混凝土肋梁桥构件中的普通钢筋有：（1）箍筋它与弯起的预应力筋以及混凝土共同承受荷载剪力。（2）水平纵向辅助钢筋它又称为防裂钢筋，位于腹板内，由于梁肋的下缘“马蹄”内已有密布的纵向钢筋，出现的收缩裂纹比较密而细，如果不再腹板内设置一定数量的水平辅助钢筋进行过渡，势必在腹板内产生较大的收缩差，导致裂缝宽度较大，和裂缝间距较稀的后果，这样对结构防止锈蚀不利。（3）局部加强钢筋在预应力锚固端部应设置螺旋筋，或3-5层钢筋网，对于后张法预应力混凝土还应设置钢垫板，用来抵抗对混凝土过大的局部应力。在梁底的支承处，也按同样的道理设置钢垫板或若干层钢筋网。（4）架立钢筋或定位钢筋架立钢筋是用来支撑箍筋的，其直径一般为12-20mm圆钢筋。定位钢筋是用于固定预留孔道制孔器位置的钢筋，常做成网格式。为什么大跨度连续梁桥沿纵向一般设计成变高度的形式？答：目前在预应力混凝土连续梁桥中，当跨径大于100m时，多采用变高度的形式，但也有比这更小跨径的连续梁桥采用变高度的。其原因主要有以下几个方面：（1）大跨度连续梁恒载内力占的比重较大，选用变高度梁可以大大减小跨中区段恒载产生的内力。（2）变高度符合梁的内力分布规律。（3）采用悬臂施工时，变高度梁又与施工时的内力状态相吻合。（4）从美学观点出发，变高度梁比较有韵律感，特别是位于城市中的桥梁。箱型横断面布置应考虑哪些因素？答：箱形截面的布置形式首先与桥面宽度有关，其次还与墩台构造形式及施工要求等有关：（1）单箱单室适用桥宽约为14m左右（最宽已达22m）若增大桥宽，则顶板的横向内力无论在中部或悬臂根部均较大，均需采用构造措施来加强抗弯刚度。（2）单箱双室适用桥宽约为22m，它们均可改善箱梁的横向受力。由于腹板总厚度加宽，增加了布置纵向预应力束的空间，也降低了截面的主拉应力值；但增加了结构自重，而且在采用悬臂施工法施工时，宽度及自重均较大，给施工挂篮的设计也带来了困难。（3）双箱双室或三箱多室适用宽度约为22-32m这种布置给施工带来方便，可以先分开施工进行悬臂施工，最后用纵缝连接，并且每个箱分别支承在独立的桥墩上；但是由于在运营中；各箱的变形上下不一致，相邻两箱间的桥面板承受着反复内力，易于因疲劳而产生局部纵向裂缝。（4）分离式双箱，它使全桥形成箱毗邻而分离的两个独立的桥梁，各自支承在独立的桥墩上。由于这种形式受力明确，且行车安全，高速公路上的桥梁一般均要求做成上下行分离的两座桥，再由于每侧桥均为单行线，荷载横向分布系数较小，施工上较方便，也无须在悬臂施工完毕后，进行两箱时间的纵向接缝连接，变截面连续梁桥体系箱梁的梁高如何拟定？答：在不受总体设计中建筑高度限制的前提下，连续箱梁的梁高宜采用变高度的，其底曲线可采用二次抛物线、折线和介于折线与二次抛物线之间的1.5～1.8次抛物线变化形式，抛物线的变化规律应与连续梁的弯矩变化规律基本接近，采用折线形截面变化布置可使桥梁的构造简单，施工方便。具体的选用形式应按照各截面上下缘受力均匀、容易布束确定。根据已建成桥梁的资料分析，支点截面的梁高约为（～）（——中间跨跨长），一般不小于跨中梁高约为（～）。在具体设计中，还要根据边跨与中跨比例、荷载等级等因素通过几个方案的分析比较确定。在大跨度预应力混凝土连续梁桥中，除截面高度变化外，还可将截面的底板、顶板和腹板作成变厚度,以满足主梁内各截面的不同受力要求。变截面连续梁桥体系箱梁的腹板厚度如何确定？答：箱梁腹板的主要功能是承受结构的弯曲剪应力和扭转剪应力所引起的主拉应力,墩顶区域剪力大，因而腹板较厚，跨中区域的腹板较薄，但腹板的最小厚度应考虑钢束管道布置、钢筋布置和混凝土浇筑的要求。英国水泥和混凝土协会提出如下两个关于预应力混凝土连续梁最佳腹板厚度参数的公式，其指标可供参考（图3）。墩上腹板厚度参数：跨中腹板厚度参数：式中——墩上腹板厚度的总和；——跨中腹板厚度的总和；——墩上梁高；——跨中梁高；——桥面总宽；——桥梁最大跨径。腹板的最小厚度应考虑预应力束的布置和混凝土浇筑的要求，一般的设计经验为：（a）腹板内无预应力束筋管道布置时，其最小厚度可采用；（b）腹板内有预应力束筋管道布置时，可采用；（c）腹板内有预应力束筋锚固头时，则采用。图3最大跨径连续箱梁最佳横截面几何参数曲线钢筋保护层的作用是什么？答：保护层的作用是保护钢筋不被锈蚀。对于钢筋混凝土及预应力混凝土结构，他们的耐久性主要取决于钢筋是否被锈蚀，钢筋一旦被锈蚀，不仅钢筋有效面积减小，而且因腐蚀膨胀使周边混凝土剥落，更加速钢筋的腐蚀。钢筋被腐蚀的速度主要与以下五个因素有关：1）所处环境状况；2）保护层厚度；3）混凝土密实性；4）混凝土中侵蚀混凝土和钢筋的化学成分含量；5）过宽的裂缝若保护层混凝土性能稳定、密实，并有足够的厚度，则周边环境的有害物质通过渗透至钢筋表面的时间将大大延长，从而使结构的耐久性得到保证。什么是三向预应力结构？答：箱形截面连续梁的受力比较复杂，除了承受顺桥向平面内的弯曲和剪力外，还要承担偏载时产生的扭转剪应力，此外，车辆荷载以及局部温差将会对箱梁产生横向弯曲应力。因此，除了沿纵向布置预应力钢筋外，还要沿垂直腹板的全长每隔一定的间距设置竖向预应力钢筋，在箱梁顶板（包括悬臂板）内设置横向预应力钢筋，由于在三个方向均施加预应力，故称三向预应力结构。板的荷载有效分布宽度是怎么定义的？答：板的荷载有效分布宽度是在知道了活载在桥面板上的分布情况，确定用什么位置的1m宽板条进行内力计算。其定义为当荷载以a1×b1的分布面积作用在板上时，板除了沿计算跨径x方向产生挠曲变形wx外，沿垂直于计算跨径的y方向也必然发生挠曲变形wy（图4a）。这说明荷载作用下不仅使直接承压的宽度为a1图4行车道板的受力状态为了计算方便，设想以宽板均匀承受车轮荷载产生的总弯矩（图4b），即则得弯矩图形的换算宽度为：（2-3-2）式中：M——车轮荷载产生的跨中总弯矩，可直接由结构力学方法计算得到；mxmax——荷载中心处的最大单宽弯矩值，精确解需由板的空间计算才能得到。我们就定义上式的为板的有效工作宽度，或荷载有效分布宽度。这样，当有一个车轮作用于桥面板上时，1m宽板条上的荷载计算强度为：汽车：p=挂车：p=（2-3-3）式中：P——汽车或挂车的轴重。2）《桥规》中的有关规定《桥规》基于大量的理论研究，对板的有效工作宽度有如下规定：（1）单向板的荷载有效分布宽度i．荷载在跨径中间对于单独一个荷载：但不小于这里，l为两梁肋之间板的计算跨径。《桥规》规定，计算弯矩时，，但不大于；计算剪力时，，其中为板的净跨径，为板的厚度，为梁肋宽度。对于几个靠近的相同荷载，如按上式计算所得各相邻荷载的有效分布宽度发生重叠时式中为最外两个荷载的中心距离。ii．荷载在板的支承处，但不小于l/3式中：t——板的厚度。iii．荷载靠近板的支承处式中：x——荷载离支承边缘的距离。（2）悬臂板的荷载有效分布宽度式中：为承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。对于分布荷载靠近板边的最不利情况，就等于悬臂板的净跨径l0，于是：a=a1+2l不管是单向板还是悬臂板，对于履带荷载来说，因为其接触地面较长，通常就忽略荷载压力面以外的板条参与工作，故不论在跨中或支点均取1m宽板条按实际荷载强度p进行计算。什么叫荷载横向分布的杠杆原理法？答：杠杆原理法进行荷载横向分布计算时，其基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系作用，即假设桥面板在主梁梁肋处断开，而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。利用上述假定作出主梁的荷载横向分布影响线，即当移动的单位荷载作用于计算梁上时，该梁承担的荷载为1；当作用于相邻或其它梁上时，该梁承担的荷载为零，该梁与相邻梁之间按线性变化，如下图所示。杠杆原理法适用于计算荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数mo。此时主梁的支承刚度远大于主梁间横向联系的刚度，受力特性与杠杆原理法接近。另外该法也可用于双主梁桥，或横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁。图5按杠杆原理法计算荷载横向分布系数什么叫荷载横向分布的偏心压力法？答：偏心压力法是计算荷载横向分布系数的一种常用方法，偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向联结，且桥的宽跨比B/l小于或接近0.5的情况时（一般称为窄桥）的跨中截面荷载横向分布系数计算。偏心压力法的基本前提是：1）车辆荷载作用下，中间横隔梁可近似地看作一根刚度为无穷大的刚性梁，横隔梁仅发生刚体位移；2）忽略主梁的抗扭刚度，即不计入主梁扭矩抵抗活载的影响。如图6a所示，图中wi表示桥跨中央各主梁的竖向挠度。基于横隔梁无限刚性的假定，此法也称“刚性横梁法”。根据在弹性范围内，某根主梁所承受到的荷载Ri与该荷载所产生的跨中弹性挠度wi成正比例的原则，我们可以得出：在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上，在沿横向偏心布置的活载作用下，总是靠近活载一侧的边主梁受载最大。下面，将介绍单位荷载P=1作用在跨中任意位置（偏心距为e）时，1＃主梁所承担的力。取跨中x=l/2截面，如图6b所示。通常情况下，各主梁的惯性矩Ii相等。显然，对于具有近似刚性中间横隔梁的结构，偏心荷载P＝1可以用作用于桥轴线的中心荷载P＝1和偏心力矩M＝来替代，分别求出这两种情况下1＃主梁所承担的力，然后进行叠加，如图6b所示。图6偏心压力法计算图示怎样使用“等代简支梁法”来分析非简支的其他梁式体系桥的荷载横向分布？答：等代简支梁法的原理主要有以下三个要点：1、将多室箱梁假想地从各室底板中点断开，使之变为具有n片T形梁（或I字形梁）组成的桥跨结构，然后应用修正偏压法公式计算其荷载横向分布系数m。2、按照在同等集中荷载P=1作用下跨中挠度W相等的原理来反算抗弯惯矩换算系数Cw。现以图中三跨变截面连续梁的中跨为例进行说明，设该跨梁跨中截面的抗弯惯矩为Ic，在P=1作用下的跨中挠度为W连，现用同等跨径的等截面简支梁来代替该跨，当该等代梁的抗弯惯矩调整到某个CwIc值时，便可以达到与实际梁相等的跨中挠度，即W代=W连。3、按照相类似的原理，令实际梁与等代梁在集中扭矩T=1作用下扭转（自由扭转）角相等（代=连）时来反求连续梁中跨的抗扭惯矩换算系数Cθ，此处实际梁的跨中截面抗扭惯矩为ITc。同理，对于连续梁的边跨也是在其中点施加P=1和T=1分别来反算该跨的换算系数Cw和。当求出各跨的这些换算系数后，则抗扭修正系数可以改写成如下的形式：或 （2-4-6）式中的和分别为整个箱梁截面的抗弯惯矩和抗扭惯矩。图7等代简支梁的原理示意图（二）Cw的计算1、Cw的表达式这里仍然用如图所示的中跨等代梁来阐明。它的跨中挠度W代为 （2-4-7）令截面抗弯刚度为EIc的普通简支梁跨中挠度为W简，则有 （2-4-8）将它与式（2-4-7）比较后，便得（a）或（b）若写成一般的形式，便为（2-4-9）式中：W非——非简支体系梁桥中需要考察的某跨跨中挠度；W简——具有与实际梁跨中截面抗弯惯矩Ic相同的等截面简支梁跨中挠度。在超静定预应力混凝土梁桥中，有哪些因素会使结构产生二次内力？答：超静定预应力混凝土梁桥中因受到强迫的挠曲变形或轴向伸缩变形，将在结构多余约束处产生多余的约束力，从而引起结构的附加内力，这一部分附加内力统称为多余的约束力或称二次内力。引起次内力的外部因素一般为预加力、墩台基础沉降、温度变化等；内部因素一般指混凝土材料的徐变和收缩特性等。混凝土的徐变对静定结构产生次内力吗？答：混凝土对静定结构（例如简支梁）会产生徐变变形；因为没有多余支承来约束这个变形，故在结构内不会引起次内力。什么叫箱梁的剪力滞效应？T形截面梁和工字形梁也会产生剪力滞效应吗？答：宽翼缘箱形截面梁的两腹板处受对称垂直力作用时，其上、下翼缘的正应力沿宽度方向呈不均匀分布的现象称为剪力滞或剪滞效应。位于腹板处的正应力最大，位于腹板两侧的正应力逐渐减小，这是与初等梁理论值的最根本差别。后者总是假定上、下翼缘的正应力是均匀分布的，如图中虚线所示。图8对称带悬臂板的单箱单室箱形截面的弯曲应力分布（考虑剪力滞效应）T形截面梁和工字形梁均会产生剪力滞效应，以一个宽翼缘的T形梁为例。图9a是一根承受集中荷载P的矩形截面简支梁，如果在加载之前在它的顶部两侧各扩宽一个矩形条带1#，构成了T形截面（图9b）。显然，两侧条带1#与腹板（原矩形梁）之间的接触面上便各产生一组大小相等方向相反的剪切力，这些剪切力对腹板而言，起到阻止上缘被压缩，从而减小了梁的跨中挠度；但对1#条带而言，便相当于受到一个偏心压力，使其内侧的压应力大于其外侧的压应力。同理，在图9b的两侧再扩大条带2#，又由于同样的剪力传递原因，使2#条带内侧的压应力比其外侧的大（图9c）。如此类推，便构成了图9d所示的应力沿翼缘宽度方向不均匀分布的图形。这就是箱形截面图9宽翼缘梁剪力滞现象分析举例带挂梁的T形刚构桥具有哪些优缺点？图10带挂梁的T型刚构答：它属静定结构，其基础的不均匀沉降、混凝土收缩徐变及温度变化等因素都不会对结构产生次内力。它与连续梁相比，具有悬臂法施工阶段的受力状态与运营阶段一致，无需体系转换，省掉设置大吨位支座装置及更换支座的麻烦等优点，当挂梁与两岸引桥的简支跨尺寸和构造相同时，更能加快全桥施工进度，以获得经济效益；它与带剪力铰的T型刚构桥相比，其受力和变形性能均略差一些，但其受力明确，对施工阶段的标高控制的精度可以稍放宽些，没有像后者为设置剪力铰进行强迫合拢的可能以及为更换剪力铰处支座的麻烦；它与连续刚构桥相比，不受温度及基础沉降产生次内力的影响。然而，几十年来的实践证明：T构带挂梁的桥型在混凝土的长期收缩徐变作用下和汽车荷载的冲击力作用下，T构悬臂梁端会发生下挠，从而导致悬臂端与挂梁之间易形成折角，增大冲击作用，使伸缩缝的处理和养护较困难；各T构之间不能共同工作，使其跨径受到限制。因此，带挂梁的T型刚构目前均已较少采用。为什么连续刚构一般采用柔性墩？连续刚构柔性墩的立面常采用哪几种形式？答：连续刚构桥一般用在长大跨径的桥梁上，其结构构造特点是中间桥墩采用墩梁固结，如果桥墩的刚度较大，则因主梁的预应力张拉、收缩、徐变、温度变化等因素所引起的变形受到桥墩的约束后，将会在主梁内产生较大的次拉力，并对桥墩也产生较大的水平推力，从而会在结构混凝土上产生裂缝，降低结构的使用功能。如果采用柔性桥墩，例如位于深谷及深河流中的高桥墩，或将桥墩做成双肢薄壁墩形式，降低桥墩的抗推刚度，使之能适应较大的纵向水平位移和角位移，就能克服次内力的缺点。图11连续刚构桥柔性墩立面布置形式连续刚构桥柔性墩柱的立面形式主要有三种：①竖直双肢薄壁墩用两个相互平行的薄壁与主梁固结作为桥墩。这是连续刚构桥中应用得较多的一种形式，适用于桥墩不是很高的情形。竖直双肢薄壁墩可增加桥墩纵桥向竖向荷载作用下的刚度，同时其水平抗推刚度小，在桥梁纵向允许的变位大，这不仅可以减小主梁附加内力，而且由于主梁的负弯矩峰值出现在两肢墩的墩顶，且较单壁墩小一些，故可减小主梁在墩顶截面处的尺寸，增加桥梁美感。因此，在大跨度预应力混凝土连续刚构桥中是理想的墩身形式。但是双肢薄壁墩占居的宽度较大，防撞设施需保护的范围也较大，这部分增加的费用可能较多。偶然的船撞力往往是作用其中的一肢薄壁墩上，当一肢薄壁墩遭到破坏后，另一肢薄壁墩很容易因承载力和稳定性不够而随之破坏，这一点需引起重视。②竖直单薄壁墩在深谷和深水河流的高桥墩上经常采用竖直单薄壁墩。它在外观上呈“－”字形，其截面形式一般为箱梁截面的空心桥墩。具体尺寸需根据对柔性的要求确定。③V形墩（或Y形柱式墩）在刚架桥中为了减小内支点处的负弯矩峰值，可将墩柱做成V形墩形式，V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上。为什么预应力混凝土连续刚构桥的跨越能力较连续梁大？答：连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥。在恒载作用下连续刚构与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致，但是在采用双肢薄壁墩的连续刚构中，墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥的小；其次，由于墩梁固结和共同参与工作，故连续刚构桥由活载引起的跨中区域正弯矩也较连续梁的要小，因而可以降低跨中区域的梁高，并使恒载内力进一步降低。基于上述两个主要原因，故连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥的设计得大一些。拱桥主拱圈的截面形式主要有哪几种？答：主拱圈的横截面形式主要有下面的几种：1）板拱桥 主拱圈采用矩形实体截面的拱桥称为板拱桥。它的构造简单、施工方便，但在相同截面面积的条件下，实体矩形截面比其它形式截面的抵抗矩小。如果为了获得较大的截面抵抗矩，必须增大截面尺寸，这就相应地增加了材料用量和结构自重，从而加重了下部结构的负担，这是不经济的。因此，通常只在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中才采用这种形式。如果在较薄的拱板上增加几条纵向肋，以提高拱圈的抗弯刚度，就构成板拱的另外一种形式，即板肋拱，它的拱圈截面由板和肋组成。根据主拱圈弯矩的分布情况，在跨径中部，肋可布置在下面，而在拱脚区段，肋布置在上面较为合理。但实际应用时，为了简化模板和钢筋工作，往往沿整个拱跨将肋布置在主拱圈截面的上面或下面。2）混凝土肋拱桥 肋拱桥是在板拱桥的基础上发展形成的，它是将板拱划分成两条或多条分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相联。这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，从而节省材料，减轻拱桥的自重，因此多用于大、中跨径的拱桥。3）双曲拱桥 其主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。这种截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大，故可节省材料。施工中可采用预制拼装，较之板拱有较大的优越性，但存在着施工工序多、组合截面整体性较差和易开裂等缺点，一般用于中、小跨径拱桥。4）箱形拱桥 这类拱桥外形与板拱相似，由于截面挖空，使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多，所以能节省材料，减轻自重，相应地也减少下部结构材料用量，对于大跨径拱桥则效果更为显著。又因它是闭口箱形截面，截面抗扭刚度大，横向整体性和结构稳定性均较双曲拱好，故特别适用于无支架施工。但箱形截面施工制作较复杂，因此，大跨径拱桥采用箱形截面才是合适的。5）钢管混凝土拱桥 钢管混凝土简称为CFST（ConcreteFilledSteelTube），它属于钢—混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构。它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。6、劲性骨架混凝土拱桥劲性骨架拱桥与普通钢筋混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管，采用钢管作劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱。它主要用在大跨度拱桥中，同时也解决了大跨度拱桥施工的“自架设问题”，即首先架设自重轻、刚度、强度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内压注混凝土形成钢管混凝土，使骨架进一步硬化，再在钢管混凝土骨架上外挂模板浇注外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。在这种结构中，钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工的劲性骨架来考虑的。成桥后，它也可以参与受力，但其用量通常是由施工设计控制。图12主拱圈横截面形式（a）板拱；（b）板肋拱；（c）肋拱；（d）双曲拱；（e）箱形拱；（f）钢管混凝土拱；（g）劲性骨架混凝土拱设计拱桥时，对设计具有直接影响的标高有哪几个？答：对拱桥设计有影响的标高主要有四个，即桥面标高、拱顶底面标高、起拱线标高和基础底面标高。这几项标高的合理确定，是拱桥总体布置中的一个重要问题。图13拱桥的主要标高示意图桥面标高一般由两岸线路的纵断面设计所控制。对跨越平原区河流的拱桥，其桥面最小高度一般由桥下净空所控制，并且还需满足宣泄设计洪水流量或不同航道等级所规定的桥下净空界限的要求。当桥面标高确定之后，由桥面标高减去拱顶处的建筑高度（拱顶填料厚度和主拱圈厚度），就可得到拱顶底面的标高。起拱线标高由矢跨比的要求确定。基础底面的标高，应根据冲刷深度、地基承载能力等因素确定。箱型拱桥有哪些主要的组成形式？箱型拱桥有哪些特点？答：箱形拱截面的组成方式有以下几种：（1）由多条U形肋组成的多室箱形截面；（2）由多条工字形肋组成的多室箱形截面；（3）由多条闭合箱肋组成的多室箱形截面；（4）整体式单箱多室截面。图14箱形截面组成方式箱形拱的主要特点是：（1）截面挖空率大，挖空率可达全截面的50%~60%，与板拱相比，可节省大量圬工体积，减轻重量；（2）箱形截面的中性轴大致居中，对于抵抗正负弯矩具有几乎相等的能力，能较好地适应主拱圈各截面正负弯矩变化的需要；（3）由于是闭合空心截面，抗弯和抗扭刚度大，拱圈的整体性好，应力分布较均匀；（4）单条箱肋刚度较大，稳定性较好，能单箱肋成拱，便于无支架吊装；（5）制作要求较高，吊装设备较多，主要用于大跨径拱桥。按照塔、梁、墩结合方式划分，斜拉桥分为哪几种体系？答：按照塔、梁、墩相互结合方式，斜拉桥的结构体系可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。1）、漂浮体系 漂浮体系的特点是塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有支承外，其余全部用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。空间动力分析表明，斜拉索是不能对梁提供有效的横向支承的，为了抵抗由于风力等引起主梁的横向水平位移，一般应在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式或聚四氟乙烯盆式橡胶支座，简称侧向限位支座。2）半漂浮体系 半漂浮体系的特点是塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。可以是一个固定支座，三个活动支座；也可以是四个活动支座，但一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约。3）塔梁固结体系 塔梁固结体系的特点是将塔梁固结并支承在墩上，斜拉索变为弹性支承。主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向可以活动的支座。4）刚构体系 刚构体系的特点是塔梁墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。钢筋混凝土受弯构件正截面的破坏形式有哪几种?各有什么特点?答：钢筋混凝土受弯构件正截面的受力性能和破坏特征与受拉钢筋的配筋率、钢筋强度和混凝土强度等因素有关。按破坏特征分为三类：适筋截面、超筋截面和少筋截面。1）适筋梁 适筋梁的配筋率在正常范围内，其破坏过程可分为三个阶段：第一阶段（裂缝出现前阶段）、第二阶段（带裂缝工作阶段）、第三阶段（破坏阶段）。适筋梁的破坏不是突然发生的，破坏前有明显的裂缝和挠度，这种破坏称为塑性破坏。适筋梁的钢筋和混凝土的强度均能充分发挥作用，且破坏前有明显的预兆，故在正截面强度计算时，应控制钢筋的用量，将梁设计成适筋梁。2）超筋梁 梁内纵向受拉钢筋配置过多，在受拉钢筋屈服之前，受压区的混凝土已经被压碎，破坏时受压区边缘混凝土达到极限压应变，梁的截面破坏，这种破坏称为超筋破坏。由于破坏时受拉钢筋应力远小于屈服强度，所以裂缝延伸不高，裂缝宽度不大，梁破坏前的挠度也很小，破坏很突然，没有预兆，这种破坏称为脆性破坏。超筋梁不仅破坏突然，而且用钢量大，既不安全又不经济，设计时不允许采用超筋梁。3）少筋梁 梁内纵向受拉钢筋配置过少，加载初期，拉力初期钢筋与混凝土共同承担。当受拉区出现第一条裂缝后，混凝土退出工作，拉力几乎全部由钢筋承担，受拉钢筋越少，钢筋应力增加也越多。如果纵向受拉钢筋数量太少，使裂缝处纵向受拉钢筋应力很快达到钢筋的屈服强度，甚至被拉断，而这时受压区混凝土尚末被压碎，这种破坏称为少筋百破坏。少筋梁破坏时，裂缝宽度和挠度都很大，破坏突然，这种破坏也称为脆性破坏。少筋梁截面尺寸一般都比较大，受压区混凝土的强度没有充分利用，既不安全又不经济，设计时不允许采用少筋梁。截面设计中的容许应力法是一种什么方法？答：按容许应力法计算钢筋混凝土构件就是将具体结构的材料视为理想的匀质弹性体，以带裂缝的工作阶段II为依据，采用平截面假定及应力与应变成正比例的假定，从而应用材料力学中弹性理论的计算公式求出截面的最大应力，并使其小于考虑了安全储备后的某一容许应力值。若以通式表示，则为式中：为构件截面的最大计算应力，为材料的容许应力，为材料的标准强度，为安全系数。按容许应力法计算的假定，只有当荷载较小时才是正确的，但与接近破坏时截面上实际应力分布情况是不相符的。常见的梁式桥桥墩有哪几种类型？答：常见的梁式桥桥墩主要有下面的几种：1）重力式实体桥墩 重力式实体桥墩是由一个实体结构组成，由墩帽、墩身和基础构成。这类桥墩的主要特点是靠自身恒载（包括桥跨结构恒载）来平衡外力（偏心力矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定）。因此圬工体积大，阻水面积大并对地基承载力的要求高。墩身多做成实体式的，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。图15实体重力式桥墩2）空心桥墩 在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体积，节约材料，减轻自重，减少软弱地基的负荷，也可将墩身内部做成空腔体、即所谓空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别，只是自重较实体重力式的轻，因此，它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。图16几种典型的空心桥墩3）柱式桥墩 柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或多根立柱（或桩柱）所组成。它的外型美观，圬工体积少。这种桥墩的刚度较大，适用性较广，并可与柱基配合使用，缺点是模板工程较复杂，柱间空间小，易于阻滞漂浮物，故一般多在水深不大的浅基础或高桩承台上采用，避免在深水，深基础及漂浮物多，有木筏的河道上采用。（a）单柱式；（b）双柱式；（c）哑铃式；（d）混合双柱式图17柱式桥墩4）柔性排架桩墩 柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是，可以通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力（制动力、温度影响力等）传递到全桥的各个柔性墩台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减小桩墩截面的目的。因此，柔性墩可以为单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩。图18柔性排架桩墩5）框架墩 框架墩是采用由构件组成的平面框架代替墩身，以支承上部结构，必要时可做成双层或更多层的框架支承上部结构，这类较空心墩更进一步的轻型结构，是以钢筋混凝土和预应力混凝土建成受力体系。这些桥墩在同样跨越能力情况下缩短梁的跨径、降低梁高，使结构轻巧美观，但结构构造比较复杂、施工比较麻烦。图19框架墩目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 11.1项目名称及承办单位 11.2编制依据及原则 11.3主要建设内容 21.4研究重点 31.5研究结论 31.6建议 5第二章项目背景与发展概况 62.1企业简介 62.2项目背景 82.3项目的提出 122.4项目建设的必要性 132.5项目的发展概况 15第三章建设条件与厂址 163.1厂址选择 163.2自然条件 173.3工程水文地质 173.4社会经济 18第四章技术路线及方法 194.1工程技术方案 194.2污水处理工艺 354.3污水处理效果 38第五章环境保护、安全卫生及消防 405.1执行排放标准 405.2主要污染物和主要污染源 405.3治理措施 415.4环境监测 415.5环保投资 425.6职业安全卫生 425.7消防 43第六章节约能源 456.1节能要求 45HYPERLINK\l