2011年钢桥考试

1、2011年同济大学硕士研究生钢桥考试一、 参考答案1. 破坏机理1) 强度破坏：结构在不发生整体失稳和局部失稳的条件下，内力将随荷载的增加而增加，当结构构件截面上的内力达到截面的承载力并使结构形成机构时，结构就丧失承载力而破坏，这类破坏称为强度破坏。一般由受拉和受弯引起。强度破坏一般经历以下阶段：首先，截面边缘达到材料屈服点，其次构件进入塑性变形，出现塑性铰，当其使结构和其局部形成机构后，结构丧失承载力破坏。结构强度破坏时会出现明显变形，也称塑性破坏或延性破坏。2) 稳定破坏：结构上的外荷载尚未达到按强度计算得到的结构强度破坏荷载时，结构已不能承担并产生较大的变形，整个结构偏离原来的平衡位置而

2、倒塌，这称为整体失稳。局部失稳为结构在保持整体稳定的条件下，结构中局部构件已不能承受外荷载作用而失去稳定。稳定问题是一个变形问题，主要由于外荷载与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态，即变形急剧增长状态。3) 疲劳破坏：钢材在连续反复荷载作用下，应力低于极限强度，甚至于屈服强度发生的破坏，称为疲劳破坏，其为反复荷载下的脆性破坏，是经过长时间发展过程才出现的。一般分为三个阶段，即裂纹形成、裂纹缓慢扩展、迅速断裂破坏。由于钢本身的微小缺陷，加之内部结构不均匀和应力分布不均使长期荷载作用下发生破坏。由此可知：强度破坏是一个应力问题，是钢材达到极限强度而产生的塑性破坏，有较长的变形时间；稳定破坏是一个变

3、形问题，是构件丧失保持稳定平衡的能力，有较大的变形产生；疲劳破坏是反复荷载下的脆性破坏，比较突然，无预兆性。2. 设计荷载强度破坏设计荷载使用加载最不利时的实际荷载，包含恒载，活载等；稳定破坏设计荷载，包括整体稳定和局部稳定，使用加载最不利时的荷载，包含恒载，活载等；疲劳破坏设计荷载使用可变荷载计算。疲劳荷载模型有三种，一种为用于桥梁整体构件疲劳验算，使用规范规定等效车道荷载；第二种模型为构造细节的疲劳验算，使用规范规定的疲劳车模型；第三种采用实桥交通调查数据作为荷载的依据。二、 参考答案由题意知，疲劳设计标准车辆荷载经过U肋时，会产生三种应力幅，分别记为，。U肋的跨中弯矩影响线如下图2-1所

4、示：图2-1 U肋跨中弯矩影响线1. 计算应力幅：当车辆荷载前轮单独作用时当车辆荷载中间轮单独作用时当车辆荷载后两轮同时作用时由此可得，一辆车通过时，U肋跨中焊缝处应力变化如图2-2所示：图2-2 U肋跨中焊缝应力变化图2. 计算S-N参数及公式： 当次时， ，即，将，代入得：则此时：当次时， 当次时， ，即，将，代入得：则此时：当次时，3. 计算，应力幅下疲劳寿命：当应力幅为时：次；当应力幅为时：次；当应力幅为时：次；4. 应力幅100年内作用次数：次5. 计算疲劳损伤度：由Minner准则：则桥梁运营100年时U型加劲肋跨中焊缝处的疲劳损伤度为20.8。三、参考答案（一）中跨跨中最大抗弯承

5、载力计算（1）考虑剪力滞影响的翼缘有效截面（取箱梁一半截面计算）受弯杆件的设计与计算应考虑剪力滞的影响，连续箱梁桥跨中的翼缘有效宽度be按下式计算：式中：翼缘有效宽度； b 腹板间距的1/2，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度； 等效跨长。根据规范，取，计算得： 箱梁顶板悬臂部分：；箱内部分：；箱间部分：； 箱梁底板悬臂部分：；箱内部分：；（2）考虑受压翼缘局部稳定的有效截面（取箱梁一半截面计算）因连续箱梁中跨跨中上翼缘受压，故取上翼缘计算受压翼缘悬臂部分横隔板间距：a=3000mm， 因，则因，所以局部稳定折减系数： 受压翼缘箱内部分简化计算U型加劲肋惯性距：横隔板间距：a=3000mm， 因，则

6、因，所以局部稳定折减系数： 受压翼缘箱间部分简化计算U型加劲肋惯性距：横隔板间距：a=3000mm， 因，则因，所以局部稳定折减系数： （3）考虑受压加劲板局部稳定影响的有效截面受压翼缘悬臂部分： 受压翼缘箱内部分： 受压翼缘箱间部分： （4）同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的有效宽度 受压翼缘悬臂部分 受压翼缘箱内部分 受压翼缘箱间部分 （5）计算最大抗弯承载力简化箱梁为下图3-1所示的工字梁，忽略加劲肋刚度，计算截面特性：顶板：，；腹板：，；底板：，；图3-1 截面简化示意图易知，箱梁截面由上翼缘控制设计：整个箱梁在中跨跨中最大抗弯承载力为（二）中间支点断面最大抗弯承载力计算（1）考

7、虑剪力滞影响的翼缘有效截面（取箱梁一半截面计算）受弯杆件的设计与计算应考虑剪力滞的影响，连续箱梁桥支点的翼缘有效宽度be按下式计算：式中：翼缘有效宽度； b 腹板间距的1/2，或翼缘外伸肢为伸臂部分的宽度； 等效跨长。根据规范，取，计算得： 箱梁顶板悬臂部分：；箱内部分：；箱间部分：； 箱梁底板悬臂部分：；箱内部分：；（2）考虑受压翼缘局部稳定的有效截面（取箱梁一半截面计算）因连续箱梁中支点下翼缘受压，故取下翼缘计算简化计算U型加劲肋惯性距：横隔板间距：a=3000mm， 因，则因，所以局部稳定折减系数： （3）考虑受压加劲板局部稳定影响的有效截面（4）同时考虑剪力滞和受压加劲板局部稳定影响的有效宽度 （5）计算最大抗弯承载力简化箱梁为下图3-2所示的工字梁，忽略加劲肋刚度，计算截面特性：顶板：，；腹板：，；底板：，；图3-2 截面简化示意图易知，箱梁截面由下翼