中南大学钢桥作业题库讲诉Word格式.docx
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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?
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内力。
1、恒载内力计算
(1)恒载集度的假定
参照已有设计,取
主桁14.5kN/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)由于恒载所生内力
2、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
(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)活载所生内力(包括冲击力)为:
3、主力作用下斜杆A3E4的内力
计算疲劳时的最大内力
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?
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?
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?
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?
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。
5、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范围?
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?
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内力。
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,即为产生最大杆件内力的活载位置。
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内力为
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。
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,1650m。
2、何为桥面系?
其作用是什么?
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?
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?
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。
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?
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?
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杆件的计算内力。
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
因此下弦杆E2E4的计算内力取为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。
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?
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?
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?
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。
5、引入活载发展均衡系数的作用是什么?
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=0.2a+1.2,其中a=NP/[(1+μ)Nk]。
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η
,对不同杆件通过对活载加大不同的η
倍,使各杆均具有相同的amax,
相同的nmax
。
η=1+(amax-a)/6,
其中:
amax
为主桁所有杆件的a值中最大者
a=NP/[(1+μ)Nk]
6、简述竖杆的截面设计步骤。
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。
7、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Is=38200cm4,横梁的截面惯性矩Ib=651000cm4,纵梁作用于横梁上的竖向荷载R=873kN,钢的弹性模量E=2.06×
105MPa。
试计算吊杆A3E3下端的弯矩值。
简支横梁跨中最大弯矩M=873×
1.875=1636.9kN·
m
μ=(a+b)/B=(5750-1875)/5750=0.674
β=h′/h=5775/(5775+4580)=0.558
横梁在框架面内的刚度系数
ib=EIb/B=2.06×
1011×
651000×
10﹣8/5.75=2.33×
108N·
吊杆在框架面内的刚度系数
is=EIs/h′=2.06×
38200×
10﹣8/5.775=1.36×
107N·
m故吊杆A3E3下端的弯矩值为
作业五:
1、
如何定义钢桥?
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。
2、简支桁架桥如何实现上拱度的设置?
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。
3、简述上弦杆的截面设计步骤。
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λ(包括λx、λy)的值;
2)根据估算的λx及λy值,取其较大者查表得到整体稳定容许应力折减系数φ1,则选取杆件的毛截面积为
3)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δ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。
4、叙述钢箱梁桥的主要构造特点。
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。
5、现代斜拉桥为何要采用密索距?
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。
6、简述悬索桥的主缆类型及施工方法。
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。
7、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,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=1250Pa,试计算主桁斜杆A1E0及下弦杆E2E4在横向风力作用下的杆件内力。
1、求平纵联弦杆的内力
桥上有车时的风荷载强度为W
′=0.8W=1000Pa
上、下平纵联所受的横向风力分布集度(单位长度上的横向风力)分别为ω风上=[0.5×
0.4×
H+0.2(h+3.0)×
(1-0.4)]×
W
′(kN/m)
ω风下=[0.5×
H+1.0(h+3.0)×
取h=纵梁高+钢轨枕木高=1.29+0.40=1.69m
故ω风上=[0.5×
11+0.2×
(1.69+3.0)×
0.6]×
1000=2762.8N/m=2.76kN/m
ω风下=[0.5×
11+(1.69+3.0)×
1000=5014N/m=5.01kN/m
则在横向风力作用下的下弦杆E2E4的内力为
2、桥门架效应
作用在桥门架上的风力
腿杆反弯点位置
端斜杆A1E0所受附加弯矩为
端斜杆A1E0所受附加轴力为
下弦杆E2E4所受附加轴力为
第一章绪论
1钢桥分类:
根据主要承重结构的受力体系可以分:
梁式桥,拱桥,刚构桥,斜拉桥,悬索桥和混合体系桥梁。
梁式桥:
竖向荷载作用,只产生竖向反力
按受力体系:
简支梁、连续梁、悬臂梁
按结构形式:
钢板梁、钢箱梁、钢桁梁、结合梁
竖向荷载作用,除产生竖向反力外,还产生水平推力
按有无推力:
有推力拱——设置坚固基础
无推力拱(系杆拱)——于拱两端设置拉索或梁
刚构桥:
主要承重结构为偏心受压和受弯构件
高次超静定结构,关键在高塔施工和索力控制
(吊桥),以主揽为主要承重结构,主揽只受拉力
2钢桥优缺点:
优点:
*钢材抗拉、抗压、抗剪强度高,重量轻,跨越能力大。
钢材可加工性能好,可用于复杂桥型和景观桥。
*材质均匀,实际应力与计算值接近,安全可靠
*适合工业化方法制造,质量可靠,便于运输,便于无支架施工,工地安装速度也快。
*韧性延性好,可提高抗震性能。
*寿命长,易于修复和更换,可回收利用。
缺点:
动载作用下,疲劳问题突出。
易腐蚀,需要经常检查和按期油漆,维护费用高。
铁路钢桥行车时噪声与振动均比较大。
3钢桥设计的一般要求和原则
必须有足够的整体刚度、具有必要的横向刚度、满足使用阶段的受力和工作性能要求,在施工过程中满足应力和变形的要求、防腐、疲劳设计、不应有未栓合或未焊合的接触部分、应尽可能减少构件和零件的种类,钢结构的构件计尽可能标准化,使同型构件能互换、钢桥在安装或检修支座时在结构上应预设可供顶起用的结构
4结构内力计算原则
结构构件的内力按弹性受力阶段确定。
变形按构件毛截面计算,不考虑钉(栓)孔削弱的影响。
为简化计算,可将桥跨结构划分为若干个平面系统计算,但应考虑各个平面系统的共同作用和相互影响。
平面计算方法中,可以采用荷载横向分布系数考虑桥梁结构空间作用的影响。
5钢桥设计计算方法:
容许应力法和半概率极限状态设计法
σ<
=γ[σ]
σ—结构标准荷载的计算应力,荷载组合系数为1
γ—不同荷载组合的容许应力提高系数
[σ]—容许应力,为屈服强度/1.7
6疲劳验算方法:
拉-拉或拉-压(以拉为主)的构件
压-拉(以压为主)的构件
第三章桥面结构
1钢桥桥面构造组成及各部分作用:
*桥面梁格,桥面板,桥面铺装,排水防水系统,人行道或护轮带,栏杆,照明灯具和伸缩缝等组成。
*桥道梁:
把桥面板上的何在传递给主梁的作用。
桥面板:
直接承受活载并传递给桥道梁或主梁的主要结构。
桥面铺装:
提供主轮摩擦力,分散荷载,保护主梁。
2桥面板分类:
公路钢桥桥面板的结构形式:
钢筋混凝土桥面板(RC桥面板)、预应力混凝土桥面板(PC桥面板)、钢桥面板
铁路桥桥面的形式:
明桥面、道碴桥面
3钢桥桥面标高调整的方法有哪些:
*调整墩台顶面标高。
*钢梁腹板采用不同的截面高度。
*采用变厚度桥面或设置三角垫层。
*根据桥面标高需要桥面板设置不同高度的倒梯形梗肋。
4为什么钢桥桥面板的强度和裂缝宽度比混凝土桥要求高:
*直接承受车轮作用冲击作用,活载比例大,容易疲劳破坏
*钢桥刚度小,纵梁与主梁刚度差别大,桥面板受力不匀
*板厚与梁高的比值小,尺寸误差影响大
*直接承受超重车辆车轮集中荷载,使承受的实际荷载大于设计荷载。
*钢桥易腐蚀
5钢桥面板三个基本结构体系
结构系I:
由顶板和纵肋组成的结构系看成是主梁(桥梁主要承载构件)的一个组成部分,参与主梁共同受力,称为主梁体系。
结构系Ⅱ:
由纵肋、横肋和顶板组成的结构系,顶板被看成纵肋、横肋上翼缘的一部分。
结构系H起到了桥面系结构的作用,把桥面上的荷载传递到主梁和刚度较大的横梁,称为桥面体系
结构系Ⅲ:
本结构系把设置在肋上的顶板看成是各向同性的连续板,这个板直接承受作用于肋间的轮荷载,同时把轮荷载传递到肋上,称为盖板体系。
第四章钢板梁桥
1钢板梁组成及各部分作用:
*组成:
主梁、横向联结系,纵向连接系,桥面系组成,形成格子梁体系。
*主梁:
整个桥梁的承重作用,把荷载传递给支座。
*横向联结系:
把各个主梁连接成整体,起到荷载横向分布、防止主梁的侧向失稳作用。
有实腹式梁和空腹式桁架形式。
*纵向联结系:
桁架式结构,作用是加强桥梁的整体稳定性、与横梁共同承担横向力和扭矩的作用。
*桥面系:
把桥面荷载传递到主梁和横梁。
2铁路桥确定主梁中心距d时考虑的因素:
*桥枕或RC桥面的合理跨度—d为1.8~2.5m
*桥跨结构的横向抗倾覆要求,d不能太小。
*桥梁横向刚度的要求:
d>
=L/20
*下承式板梁桥下净空的要求(4.88m)
*整孔施工架设时的宽度要求。
3铁路梁高制定时考虑的因素:
主梁梁高设计要求:
*用钢量最省
*主梁的竖向挠度满足要求
*腹板宽度为常规轧制钢板尺寸,避免拼接或裁剪
*桥跨的建筑高度最小
*满足运输要求
*相近跨度尺寸的标准化(即采用相同腹板厚度)
4提高腹板稳定临界应力的主要方法有:
*设加劲肋:
更有效
*增加板厚:
效果不明显
5纵横向连接系的作用:
横向连接系作用:
*防止主梁侧倾试问
*起到荷载分配作用
*与主梁及纵向连接系构成空间桁架抵抗水平荷载
*桥梁安装架设是主梁的定位
*抵抗桥梁扭矩
*在桥面板端部起到横向支承的作用。
前三作用当横联设置于跨间时有效,后2设置于支撑处有效
纵向连接系作用:
*将地震荷载风荷载等水平力传递到支座
*防止主梁下翼缘的侧向变形和横向振动
*与主梁及纵向连接系构成空间桁架抵抗水平荷载及扭矩
第五章钢箱梁桥
1钢箱梁的主要受力特点:
*箱梁受力特点:
典型的闭口薄壁结构
2钢箱梁的组成及各部分作用:
因其横向刚度大,可不设纵连
*主要由主梁,横向连接系和桥面系组成。
纵梁:
1主梁间距较大时,减小砼桥面跨径,2提高钢桥面板的刚度
横梁:
1对于双箱或多箱,使主梁受力均匀,2支承纵梁或桥面板,3端横梁有效提高
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