中南大学钢桥作业题库.docx
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中南大学钢桥作业题库
钢桥主观题作业
作业一:
1、钢桥的主要特点是什么?
其适用围如何?
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;铁路钢桥采用明桥面时噪声大,不适用于人口密集 区。
适用围:
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。
2、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:
3、对简支梁桥,支座的布置原则是什么?
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。
4、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。
5、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。
6、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。
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。
7、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。
8、已知某单线铁路简支栓焊桁架桥,跨度l=64m,设计荷载为中活载,主桁尺寸如图所示。
试计算主桁斜杆A3E4在主力作用下的杆件力。
答:
1、恒载力计算
(1)恒载集度的假定
参照已有设计,取
主桁14.5kN/m
联结系2.8kN/m
桥面系6.8kN/m
高强螺栓0.5kN/m
检查设备1.0kN/m
故每片桁梁重p1=(14.5+2.8+6.8+0.5+1.0)÷2=12.8kN/m
桥面重(双侧设钢筋混凝土人行道板)p2=5kN/m(每片主桁)
故每片主桁所受恒载集度p=p1+p2=12.8+5.0=17.8kN/m
可偏安全地取为p=18kN/m
(2)影响线面积Ω的计算
作出斜杆A3E4的影响线,如下图所示。
则影响线最大纵距
影响线加载长度及顶点位置
所以,影响线面积
(3)由于恒载所生力
2、列车活载力计算
(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
(2)冲击系数
运营动力系数
(3)活载发展均衡系数η值的计算η=1+(amax-a)/6
对简支桁架梁桥,跨中弦杆(此算例中为弦杆A3A3′)的k值最小,故其a值最大。
弦杆A3A3′的加载长度l=64m,顶点位置α=0.5,查表得k=45.6kN/m,故
则对斜杆A3E4
(4)活载所生力(包括冲击力)为:
3、主力作用下斜杆A3E4的力
计算疲劳时的最大力
作业二:
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、简述下弦杆的截面设计步骤。
答:
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Aj;
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δ;
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Aj,进行强度、刚度及疲劳的验算,如不满足任一要求,则需重新设计。
6、下承式钢板梁桥的适用围?
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。
7、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。
8、已知某单线铁路简支栓焊桁架桥,跨度l=64m,主桁图式及尺寸同题63。
试计算下弦杆E2E4在纵向制动力作用下的杆件力。
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,
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Rb满足下列等式时,即为产生最大杆件力的活载位置。
解得x=10.4m
故桥上静活载总重P=220×5+92×30+80×(10+10.4)=5492kN
制动力T=0.07P=0.07×5492=384.4kN
下弦杆E2E4在纵向制动力作用下的杆件力为
作业三:
1、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:
朝天门长江大桥,552m;
斜拉桥:
通长江公路大桥,1088m;
悬索桥:
西堠门大桥,1650m。
2、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。
3、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,则较易满足要求。
4、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,按平面结构进行力计算。
将平面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。
5、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。
6、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。
7、已知下弦杆E2E4所受轴力为:
主力作用下NⅠ=3340kN,横向附加力作用下Nw=498.9kN,制动力作用下NT=192.2kN,试确定E2E4杆件的计算力。
答:
解:
主力+横向附加力:
NⅡ=NⅠ+Nw=3340+498.9=3838.9 kN
(主力控制)
主力+纵向附加力:
NⅢ=NⅠ+NT=3340+192.2=3532.2 kN
(主力控制)
因此下弦杆E2E4的计算力取为3340kN。
作业四:
1、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:
图(a)表示的几何图式称为三角型腹杆体系,构造简单,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80m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,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8m),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。
2、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。
3、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。
4、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
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