铁路桥梁设计师考试卷

铁路桥梁设计师考试卷一、单项选择题（共20题，每题1分，每题的备选项中，只有1个最符合题意）1.我国高速铁路有砟轨道桥梁，设计活载采用的标准为（）A.ZK活载B.中一活载C.汽一超20级D.城-A级活载2.对于大跨度钢桁梁桥，控制杆件疲劳强度的核心因素是（）A.最大静应力B.应力幅C.平均应力D.最小应力3.铁路桥梁桩基础施工中，嵌岩桩的桩底沉渣厚度允许值不应大于（）A.50mmB.100mmC.150mmD.200mm4.连续梁桥采用悬臂浇筑法施工时，每个T构两侧对称浇筑的荷载偏差不得超过设计要求，且无设计要求时不应大于（）A.5%B.10%C.15%D.20%5.地震作用下，铁路桥梁桥墩的延性系数计算时，曲率延性系数μ_φ与位移延性系数μ_Δ的关系，对于等截面悬臂桥墩近似为（）A.μ_Δ≈μ_φB.μ_Δ≈0.5μ_φC.μ_Δ≈(μ_φ+1)/3D.μ_Δ≈2μ_φ6.铁路斜拉桥的拉索索力调整，应在（）完成后进行最终索力测定。A.主塔施工完成B.主梁合龙C.二期恒载施加D.拉索张拉完成7.严寒地区铁路桥梁混凝土结构，最低设计强度等级不应低于（）A.C30B.C35C.C40D.C458.大跨度公铁两用斜拉桥，公路桥面与铁路桥面采用分层布置时，通常铁路桥面布置在（）A.上层B.下层C.同一层D.任意位置9.铁路桥梁板式橡胶支座，计算活动支座偏移量时，应考虑的主要因素不包括（）A.温度变化B.混凝土收缩徐变C.车辆制动力D.预应力张拉变形10.对于高速铁路无砟轨道简支梁桥，梁体的徐变上拱值在无砟轨道铺设完成后不应超过（）A.10mmB.15mmC.20mmD.25mm11.我国《铁路桥涵设计规范》规定，计算桥梁结构承载力极限状态时，永久作用的分项系数γ_G，当永久作用对结构不利时，其取值为（）A.1.0B.1.1C.1.2D.1.312.钢-混结合梁桥，结合面剪力钉的主要作用是（）A.承受竖向剪力，防止钢梁与混凝土桥面板相对滑移B.承受拉力，防止桥面板掀起C.承受弯矩，调整结合面内力分布D.承受扭矩，提高结构抗扭性能13.铁路桥梁深水基础，当覆盖层较厚、河床稳定性较好、水流流速较大时，优先采用的基础形式是（）A.沉井基础B.钻孔灌注桩群桩基础C.管柱基础D.沉箱基础14.连续刚构桥跨中合龙，一般选择在（）进行施工，以保证合龙段受力合理。A.一天中气温最高时段B.一天中气温最低时段C.气温变化平缓时段D.任意时段15.铁路桥梁抗震设计中，属于延性构件的是（）A.基础B.桥台C.桥墩塑性铰区域D.盖梁16.大跨度拱桥的吊杆，采用平行钢丝索时，其安全系数一般不应小于（）A.2.0B.2.5C.3.0D.3.517.高速铁路桥梁，为满足轨道平顺性要求，梁体的竖向自振频率不应低于设计要求，对于跨度32m的简支箱梁，竖向自振频率最低限值为（）A.2.0HzB.2.5HzC.3.0HzD.3.5Hz18.铁路桥梁施工阶段，对梁体进行预压的主要目的是（）A.检验梁体强度B.消除梁体非弹性变形，获取弹性变形参数C.检验梁体刚度D.检验地基承载力19.当铁路桥梁位于直线地段，设计洪水频率为1/100，桥下净空高度应满足（）以上，不通航河流。A.设计洪水位0.5mB.设计洪水位1.0mC.设计洪水位1.5mD.设计洪水位0.75m20.铁路转体桥施工中，转体结构不平衡重的测定，通常采用的方法是（）A.称重法B.估算法C.静力平衡法D.扭矩法二、多项选择题（共10题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得0.5分）1.高速铁路桥梁相比普速铁路桥梁，设计特点主要包括（）A.更大的刚度要求B.更高的平顺性要求C.更多采用大跨度柔性结构D.更严格的工后沉降控制E.更高的耐久性要求2.铁路桥梁结构设计极限状态包括（）A.承载力极限状态B.正常使用极限状态C.疲劳极限状态D.耐久性极限状态E.稳定极限状态3.大跨度铁路斜拉桥，常见的主梁形式包括（）A.钢箱梁B.混凝土箱梁C.钢桁梁D.钢-混结合梁E.空腹式肋梁4.铁路桥梁混凝土裂缝控制，设计阶段可采取的措施包括（）A.优化结构配筋，采用细直径密分布钢筋B.控制混凝土水化热，采用低热水泥C.设置预拱度抵消收缩徐变变形D.设置合理的伸缩缝、后浇带E.增加结构保护层厚度5.桥梁基础沉降计算中，需要考虑的因素包括（）A.基础自重B.上部结构恒载C.活载长期效应D.地基土的压缩性E.河床冲刷作用6.铁路钢桥的防腐体系，通常包括（）A.电弧喷铝（锌）防腐层B.封闭漆C.中间漆D.面漆E.环氧涂层钢筋7.连续刚构桥相比连续梁桥，优势主要包括（）A.桥墩与梁固结，减少支座维护B.整体刚度更大，抗风稳定性更好C.适用于大跨度高墩D.温度产生的附加内力更小E.施工难度更低8.铁路桥梁抗震设计中，减隔震装置常用的类型包括（）A.铅芯橡胶支座B.摩擦摆支座C.粘滞阻尼器D.板式橡胶支座E.钢球支座9.悬臂浇筑法施工连续梁，线形控制需要考虑的因素包括（）A.挂篮自重变形B.混凝土自重变形C.预应力张拉变形D.温度变化影响E.混凝土收缩徐变10.公铁两用桥梁设计中，需要考虑的荷载组合包括（）A.铁路活载单独作用B.公路活载单独作用C.铁路活载与公路活载同时作用D.风荷载与活载同时作用E.地震作用与活载同时作用三、简答题（共5题，每题6分）1.简述高速铁路无砟轨道桥梁梁端转角产生的原因及控制要求。2.简述大跨度钢桁梁桥整体拖拉法施工的关键控制要点。3.简述铁路桥梁桩基础后压浆技术的作用及适用条件。4.简述斜拉桥索塔设计需要考虑的主要荷载和控制工况。5.简述铁路桥梁混凝土结构耐久性设计的主要内容。四、计算题（共2题，每题15分）1.某高速铁路设计时速350km，采用跨度32m简支箱梁，计算跨度L0=31.5m，梁体自重线密度g=180kN/m，二期恒载线密度qg=80kN/m，ZK活载线密度qk=16kN/m，动力系数1+μ=1.25，梁体采用C50混凝土，弹性模量Ec=3.45×10^4MPa，梁截面惯性矩I=13.5m^4。要求：（1）计算简支梁跨中最大竖向挠度（按活载计算）；（2）验证挠度是否满足规范要求（规范要求活载挠度不大于L0/1600）。2.某单线铁路桥墩为圆形截面墩，直径d=2.5m，墩高H=12m，混凝土强度等级C30，轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa，墩顶轴向力设计值N=18000kN，弯矩设计值M=3600kN·m，偏心距增大系数η=1.0。要求按偏心受压构件验算墩身截面承载力，判断是否满足设计要求（已知：α=1.0，圆形偏心受压构件承载力计算公式：N≤αfcdA(1-sin2πα/2πα)+(ρfsd'Asd，本题为素混凝土墩，配筋率可忽略，即ρfsd'Asd=0）。五、案例分析题（共1题，30分）某新建双线高速铁路，跨越一级通航河流，主桥采用（100+208+100）m连续刚构桥，桥面为无砟轨道，主桥桥墩采用空心墩，基础为钻孔灌注桩群桩基础，承台尺寸22m×18m×5m，河床面标高为-15.0m，承台底标高为-20.0m，设计常水位标高为+2.0m，汛期最大流速2.8m/s，河床覆盖层为厚度8m的粉质黏土，下部为中风化花岗岩，地基承载力满足设计要求。设计单位提出主墩承台采用双壁钢围堰施工，主梁采用悬臂浇筑法施工。施工单位进场后编制了施工组织设计，主要内容包括：（1）钢围堰在工厂分段制作，运输到现场后在墩位处拼装下沉，下沉到位后浇筑封底混凝土，抽水后施工承台；（2）主梁0号块采用托架法施工，对托架进行预压，预压荷载取0号块自重的100%；（3）合龙顺序为：先合龙边跨，再合龙中跨，合龙段采用微膨胀混凝土，浇筑温度选择在一天中气温最高时进行，合龙段混凝土强度达到设计强度的80%后张拉合龙预应力筋。施工过程中发生了以下事件：事件1：钢围堰下沉过程中，出现下沉速度过快、倾斜偏差超过允许值的情况，施工单位立即停止下沉，采取了调整压重、调整吸泥量等措施进行纠偏，最终偏差满足规范要求。事件2：主梁悬臂浇筑到第10号节段时，监测发现实际线形比设计线形向下偏差12mm，施工单位认为偏差较小，未进行调整，继续后续节段施工。事件3：主桥合龙完成后，监测发现中跨跨中徐变上拱偏大，超出设计允许值，影响后续无砟轨道铺设。问题：1.结合本项目地质水文条件，说明主墩承台采用双壁钢围堰施工的合理性。（6分）2.指出施工单位施工组织设计中不合理之处，并说明正确做法。（10分）3.针对事件1，分析钢围堰下沉倾斜过快的可能原因，并说明纠偏的主要方法。（6分）4.针对事件3，分析中跨跨中徐变上拱偏大的可能原因，给出可行的处理措施。（8分）参考答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.B5.C6.C7.B8.B9.C10.A11.D12.A13.B14.B15.C16.C17.A18.B19.A20.A二、多项选择题1.ABDE2.ABCD3.ABCD4.ACDE5.ABCD6.ABCD7.ABC8.ABC9.ABCDE10.ABCDE三、简答题1.答：梁端转角产生原因：梁体在支座位置受支点弯矩作用，梁端产生转动，主要由恒载、活载、温度变化、基础沉降等因素引起，其中活载和基础沉降是控制转角的主要因素。（2分）控制要求：高速铁路无砟轨道桥梁，梁端转角不应大于0.5‰；有砟轨道不应大于1‰，当桥跨大于100m时，转角限值可适当放宽，但需要满足轨道平顺性要求。（4分）2.答：（1）预制拼装阶段需要严格控制钢桁梁的线形和杆件焊接精度，保证整体几何尺寸满足拖拉要求；（1分）（2）拖拉滑道需要满足强度、刚度和平整度要求，设置合理的预拱度，应对拖拉过程中的变形；（1分）（3）拖拉过程中需要控制牵引速度，保证两侧同步牵引，同步偏差控制在允许范围内，避免结构产生附加内力；（1分）（4）需要对拖拉过程中钢桁梁的受力、变形进行实时监测，尤其是悬臂段的应力和挠度，避免出现超限；（1分）（5）需要考虑风荷载对拖拉过程的影响，大风天气停止作业，必要时设置临时抗风缆；（1分）（6）就位后需要精确调整轴线和标高，满足设计要求后固定就位。（1分）3.答：后压浆技术的作用：（1）提高桩端和桩侧土体的强度，提高桩的侧阻力和端阻力，提高单桩承载力，减小沉降；（2分）（2）消除钻孔灌注桩孔底沉渣和桩侧泥皮的不利影响，改善桩的受力性能；（1分）（3）控制桩身沉降变形，满足高速铁路桥梁对沉降的严格要求。（1分）适用条件：适用于各类钻（挖）孔灌注桩，尤其适用于桩端持力层为碎石土、砂土、粉土、黏性土地层，以及持力层为软质岩、风化岩的桩基础，对于大直径超长桩效果尤为明显。（2分）4.答：主要荷载：（1）结构自重、二期恒载；（2）拉索索力的水平分力和竖向分力；（3）塔自身的风荷载、主梁传来的风荷载；（4）温度作用，包括整体温度变化和索塔内外温差；（5）地震作用；（6）施工阶段的临时荷载，包括挂篮重量、施工机具荷载等。（3分）控制工况：（1）主梁悬臂施工最大单悬臂阶段，此时索塔承受的不平衡弯矩最大；（2）主梁合龙后成桥运营阶段，活载最不利组合作用下的索塔受力；（3）强风作用下的施工阶段和成桥阶段；（4）地震作用工况；（5）温度变化作用工况。（3分）5.答：（1）根据桥梁的使用环境类别，确定耐久性设计的控制指标；（1分）（2）选择满足耐久性要求的原材料和混凝土配合比，控制混凝土的最大水胶比、最低强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量；（1分）（3）设计合理的钢筋保护层厚度，满足不同环境下的保护层厚度要求；（2分）（4）对结构构造进行优化，避免出现应力集中、积水、冻融破坏薄弱部位，设置必要的排水、防水构造；（1分）（5）提出施工阶段和运营阶段的耐久性维护要求，对于易腐蚀部位提出附加防护措施。（1分）四、计算题1.解：（1）简支梁跨中最大活载挠度计算公式为：f=5qk(1+μ)L0^4/(384EcI)（5分）代入参数：qk=16kN/m=16×10^3N/m，1+μ=1.25，L0=31.5m，Ec=3.45×10^4MPa=3.45×10^10N/m²，I=13.5m^4计算得：分子：5×16×10^3×1.25×31.5^4=5×16×10^3×1.25×980349.375=9.80349375×10^10N·m³分母：384×3.45×10^10×13.5≈1.78848×10^14N·m²f=9.80349375×10^10/1.78848×10^14≈0.000548m=0.55mm？不对，哦，计算错了，重新算：31.5的4次方是31.531.5=992.25，992.25992.25≈984550，所以5161.25984550/(3843.45e41e613.5)哦，单位换算错了，Ec是3.45e4MPa=3.45e4N/mm²=3.45e10N/m²没错，qk是16kN/m=16000N/m，所以5160001.25=100000，10000031.5^4=100000984550=9.8455e10，分母3843.45e1013.5=38413.53.45e10=51843.45e10=1.78848e14，所以f=9.8455e10/1.78848e14≈0.00055m=0.55mm？不对啊，活载挠度应该是这么小吗？哦对，ZK活载的线密度本来就不大，32m简支箱梁刚度很大，所以挠度确实很小。那允许挠度是L0/1600=31500mm/1600≈19.69mm，0.55mm远小于19.69mm，满足要求。哦不对，我搞错了，活载是分布荷载，简支梁跨中挠度公式没错啊，再算一遍：L0=31.5m，L0^4=31.531.5=992.25，992.2531.5=31255.875，再乘31.5=984560.0625m^4，对的。5qL^4/(384EI)=5161.25984560/(3843.45e1013.5)=(9845600)/(1.78848e14)=5.505e-5m？不对哦，天呐，16kN/m，所以161.25是20，520是100，100984560是98,456,000=9.8456e7，不是1e10！哦，对，我多乘了1000，qk是16kN/m，所以单位用kN，E用kN/m²，I用m^4，这样单位就对了：Ec=3.45e4MPa=3.45e7kN/m²，对！1MPa=1N/mm²=1000kN/m²，所以3.45e4MPa=3.45e7kN/m²，对了，我之前E换算错了。那重新算：分子：5qk(1+μ)L0^4=5161.25984560.0625=520984560=9845600kN·m³分母：384EcI=3843.45e713.5=38413.53.45e7=51843.45e7=1.78848e11kN/m²·m^4=1.78848e11kN·m²所以f=9845600/1.78848e11≈5.505e-51000mm=5.5mm。哦对了，刚才E的单位错了，现在对了。允许挠度是31.5m/1600=0.0196875m=19.69mm，5.5mm<19.69mm，满足要求。（2）挠度允许值：L0/1600=31500mm/1600=19.69mm，计算得活载挠度f≈5.5mm<19.69mm，满足规范要求。（5分）2.解：已知：d=2.5m，截面面积A=πd²/4=π2.5²/4≈4.90875m²=4.90875×10^6mm²，（3分）偏心距e0=M/N=3600kN·m/18000kN=0.2m=200mm，（3分）ηe0=1.0200=200mm，r=d/2=1250mm，e0/r=200/1250=0.16，（3分）根据素混凝土圆形偏心受压构件，α可根据e0/r查表，当e0/r=0.16时，α≈0.115（或者计算公式：对于圆形截面偏心受压，α满足：e0/r=(1/(αsin2πα/(2π)))(sinπα/(3πα)，代入得e0/r=0.16，解得α≈0.115）（3分）计算承载力N_u=αfcdA=0.11513.8N/mm²4.90875×10^6mm²≈0.11513.84.90875e6≈7.78e6N=7780kN？不对啊，不对，公式记错了，哦天啊，我记错公式了，正确的圆形偏心受压构件公式，当是钢筋混凝土的时候，对于素混凝土，N≤fcdA(1-sin2πα/(2πα))，不对，我把α搞反了，α是受压区圆心角除以2π，正确的关系是：ηe0=(Dsin^3πα)/(12(αsin2πα/(2π)))，D是直径，所以ηe0/D=sin^3πα/(12(αsin2πα/(2π)))，我们ηe0=0.2m，D=2.5m，所以ηe0/D=0.08，哦，刚才e0是0.2，对，N=18000kN，M=3600，所以e0=3600/18000=0.2，没错，所以ηe0/D=0.2/2.5=0.08，代入得：当α=0.3，右边=(sin(0.3π))^3/(12(0.3sin(0.6π)/(2π)))=(sin54°)^3/(12(0.30.9511/6.2832))≈0.809^3/(12(0.3-0.1514))≈0.549/(120.1486)≈0.549/1.783≈0.308，太大；α=0.15，sin(0.15π)=sin27°≈0.4540，分子0.454^3≈0.0936，分母12(0.15sin(0.3π)/(2π))=12(0.150.8090/6.2832)=12(0.15-0.1288)=120.0212=0.2544，所以右边=0.0936/0.2544≈0.368，还是大，哦不对，我把公式写错了，e0乘以N等于M，受压区对圆心的力矩平衡，所以M=受压区合力乘以力臂，力臂是(Dsin³πα)/(4α(2πsin2πα))πD/2不对，重新来，换一种方法，按矩形截面近似验算，把圆形截面换算成等效矩形，b=d=2.5m，h=d=2.5m，e0=0.2m，e0/h=0.2/2.5=0.08，轴向力N=18000kN，fcdA=13.8e3kN/m²4.90875≈67740kN，偏心受压，对于小偏心，N_u=fcdA/(1+2e0/d)=67740/(1+20.2/2.5)=67740/(1+0.16)=67740/1.16≈58400kN>18000kN，所以满足要求，哦对，设计轴力才18000kN，远小于承载力，所以肯定满足。（3分）所以本桥墩身截面承载力满足设计要求。五、案例分析题1.答：本项目主墩承台底标高-20.0m，河床面标高-15.0m，水深17m（常水位+2.0m），水深较大，流速2.8m/s，（2分）覆盖层为8m厚粉质黏土，下部为中风化花岗岩，地质条件适合钢围堰下沉；（2分）双壁钢围堰强度刚度大，整体性好，能承受较大的水压力和汛期水流冲击力