桥梁工程作业.docx

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桥梁工程作业

2015—2016第2学期

离线作业

科目：

桥梁工程

姓名：

罗菲

学号：

14927317

专业：

土木工程（工程造价）2014-48班（专本）

西南交通大学远程与继续教育学院

直属学习中心

《桥梁工程》第一次离线作业

三、主观题（共3道小题）

17.请归纳桥上可以通行的交通物包括哪些（不少于三种）？

请总结桥梁的跨越对象包括哪些（不少于三种）？

答：

桥梁可以实现不同的交通物跨越障碍。

最基本的交通物有：

汽车、火车、行人等。

其它的还包括：

管线（管线桥）、轮船（运河桥）、飞机（航站桥）等。

桥梁跨越的对象包括：

河流、山谷、道路、铁路、其它桥梁等。

18.请给出按结构体系划分的桥梁结构形式分类情况，并回答各类桥梁的主要受力特征。

答：

桥梁按结构体系可以分为：

梁桥、拱桥、悬索桥、组合体系桥梁。

梁桥是主要以主梁受弯来承受荷载；拱桥主要是以拱圈受压来承受荷载；悬索桥主要是以大缆受拉来承受荷载；组合体系桥梁则是有多种受力构件按不同受力特征组合在一起共同承受荷载。

19.请简述桥梁设计的基本原则包括哪些内容？

答：

桥梁的基本设计原则包括：

安全、适用、经济和美观。

桥梁的安全既包括桥上车辆、行人的安全，也包括桥梁本身的安全。

桥梁的适用能保证行车的通畅、舒适和安全；桥梁运量既能满足当前需要，也可适当照顾今后发展等方面内容。

在安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和做出方案选择的主要因素。

桥梁设计应体现出经济特性。

在安全、适用和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调。

《桥梁工程》第二次离线作业

一、主观题（共4道小题）

1.请归纳简支梁桥的主要特点包括哪些？

答：

简支梁桥的主要特点是：

受力明确（静定结构）、构造简单、易于标准化设计，易于标准化工厂制造和工地预制，易于架设施工，易于养护、维修和更换。

但简支梁桥不适用于较大跨度的桥梁工程。

2.综合题－计算题3（仅限道桥专业）：

一个30m跨度的装配式简支梁，已知其1片边梁的跨中横向分布系数mc=0.8,试计算其在公路－I级车道荷载和车辆荷载分别作用下的跨中弯矩值。

并对比二者的大小关系。

车道荷载和车辆荷载简图参见附图。

（计算中假定计算跨度也为30m；不计冲击系数；不计车道折减系数；并假定横向分布系数沿全桥均取相同数值）（10分）

答：

根据车道荷载和车辆荷载中的均布与集中力大小，计算出30m简支梁的跨中弯矩。

均布荷载跨中弯矩公式为M＝1/8*q*L*L；每一个集中荷载产生的跨中弯矩按结构力学公式计算或依据其产生的支点反力后进行计算。

3.综合题－计算题类1：

（仅限道桥专业）

下图为一双车道布置的多主梁公路桥横截面布置，主梁间距为1.5m＋2.0m＋2.0m＋1.5m。

试采用杠杆原理法，求3#主梁（中梁）在车辆荷载作用下的荷载横向分布系数mc。

（10分）

答：

4.综合题－计算类2：

（仅限道桥专业）

如图所示为一双主梁公路桥的横截面布置，行车道宽9m（即1.5m＋6.0m＋1.5m）。

试应用杠杆原理法，求解任一主梁在车辆荷载作用下的荷载横向分布系数mC。

（10分）

答：

《桥梁工程》第三次离线作业

三、主观题（共5道小题）

24.试从强度、刚度、自重、造价、维护性能、跨越能力等方面，对比钢桥和混凝土桥的主要特点。

答：

混凝土桥主要特点是：

强度低、刚度大、自重大、造价低、维修成本低、维修方便、跨越能力低。

钢桥主要特点是：

强度高、刚度小、自重轻、造价高、维修成本高、跨越能力大。

25.简述钢桥连接的主要方式，并解释栓焊钢桥的含义。

答：

钢桥的主要连接方式包括：

铆接、焊接和高强度螺栓连接。

栓焊连接是我国铁路钢桁架梁桥建造常用的一种连接方式，其涵义是在工厂连接采用焊接形成杆件，工地连接采用高强度螺栓杆件形成桥梁。

26.请解释什么是叠合梁（结合梁）桥，并说明其主要优点包括哪些（以简支结合梁桥为例）？

答：

用剪力键或抗剪结合器或其它方法将混凝土桥面板与其下的钢板梁结合成整体的梁式结构，成称为结合梁桥。

在结合梁桥中，混凝土桥面板参与钢板梁上翼缘受压，提高了桥梁的抗弯能力，从而可以节省用钢量或降低建筑高度

27.请说明桥梁中板式橡胶支座的活动机理（包括转动和水平移动）。

答：

板式橡胶支座的活动机理是利用橡胶的不均匀弹性压缩和剪切变形来实现。

当支座需要适用转动变形时，支座板面上的局部荷载呈现出梯形分布，一侧压力变大、一侧压力变小，两侧的橡胶板出现不同的弹性压缩变形，这种支座上产生的相对不均匀压缩，便可以适用梁端的转动变形量。

板式橡胶支座本身具有一定的厚度，当支座承受到梁底通过摩擦传递的水平力作用时，由于支座的抗剪切刚度相对较小，支座顶部会发生横向剪切变形，可以适用桥梁的梁端纵向伸长的活动。

28.请列出桥梁基础采用的主要形式，并回答哪些基础形式不适用于深水大跨结构？

答：

基础类型－根据埋置深度，分为浅置基础和深置基础

浅置基础：

埋深较浅（一般小于5m），扩大基础

深置基础（深水基础）：

桩基础，沉井，沉箱，管柱等；一般浅置基础不适用于哪些基础形式不适用于深水大跨结构

《桥梁工程》第四次离线作业

三、主观题（共7道小题）

20.大跨径公路预应力混凝土连续梁桥为什么大多采用不等跨和变截面的形式？

（以三跨为例说明）

答：

连续梁跨径的布置一般采用不等跨的形式，如果采用等跨布置，则边跨内力将控制全桥设计，这样是不经济的。

此外，边跨过长，削弱了边跨刚度，将增大活载在中跨跨中截面的弯矩变化幅值，增加预应力束筋数量。

从预应力混凝土连续梁受力特点来分析，连续梁的立面以采用变截面的布置为宜。

由于大跨度连续梁一般采用悬臂施工方法，连续梁在恒载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此采用变截面梁能较好地会合梁的内力分布规律。

21.一座三跨预应力混凝土连续箱梁桥，主跨100m。

讨论在下列各种情况下，其合适的施工方法。

（a）跨越无水区域，桥下无通车需求，桥面不高；（b）跨越河流，桥下有通航需求，桥面较高；（c）跨越铁路干线，桥面不高，铁路部门允许断道的时间极为有限，沿铁路线有施工场地。

答：

A情况适用有支架就地浇筑施工；B情况适用悬臂施工法；C情况适用于转体施工法。

22.对比梁桥与拱桥，为什么小跨径拱桥可以采用圬工结构来修建？

为什么拱桥对基础条件要求高？

答：

梁桥主要是以主梁受弯来实现承载的。

拱桥是在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力。

由于中小跨度拱桥拱肋主要承受压力，因此可以采用抗压能力较强而抗拉能力较弱的圬工结构修建。

拱桥的拱脚则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力。

因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。

23.下图所示的两种拱桥结构，哪种可用于地基不够坚实之处？

为什么？

（a）下承式系杆拱（b）上承式无铰拱

答：

图a的下承式系杆拱桥可以适用于地基不够坚固处。

图b等的常规拱桥，在荷载作用下拱脚会产生较大的水平推力，因此对基础要求较高。

图a的系杆拱桥，设置有系杆可以在内部平衡拱脚的水平推力，整个结构在体外类似于静定结构，对基础只产生竖向力，不产生水平推力，因此对基础的要求相对较小。

24.绘制出上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥的示意图，标注出桥面位置和承重结构位置，并解释上承式桥梁、中承式桥梁和下承式桥梁的含义。

答：

25.对比说明斜拉桥和悬索桥的组成部分，并回答它们各自的主要承重结构包括哪些？

答：

斜拉桥的组成包括：

主梁、斜拉索、索塔；悬索桥的组成包括：

大缆、锚碇、塔、加劲梁、吊索、鞍座等；斜拉桥为组合受力体系结构，其承重结构为：

主梁、斜拉索、索塔，悬索桥的承载结构主要是大缆，其次包括桥塔和锚碇。

26.为什么悬索桥是跨越能力最大的桥梁结构形式？

答：

1.在材料用量和截面设计方面，其他河中桥型的主要承重构件的截面积总是随着跨度的增加而增加，致使材料用量增加很快。

但大跨悬索桥的加劲梁却不是主要承重构件，其截面积并不需要随着跨度而增加。

2.在构件设计方面，许多构件截面积的增大时容易受到客观制约的，例如梁的高度，杆件的截面尺寸、钢材的供料规格等，但是悬索桥的大缆锚碇和塔这三项主要承重构件在扩充其截面积或承载能力方面所遇到的困难较小。

3.作为承重构建的大缆具有非常合理的受力形式4.在施工方面。

悬索桥的施工总是先将大缆架好，这已是现成的悬吊式脚手架

《桥梁工程》第五次离线作业

三、主观题（共6道小题）

33.公路车道荷载需要进行横向和纵向折减，为什么？

答：

公路的车道荷载是是规范规定要求使用的一种虚拟荷载，其标准值是在特定条件下根据统计和分析确定的。

对于多车道桥梁，其上行驶的汽车荷载使桥梁构件的某一截面产生最大效应时，其同时处于最不利位置的可能性不大，显然（根据概率），这种可能性随车道数的增加而减小，而桥梁设计是各个车道上的汽车荷载都是按最不利的位置布置，因此计算结果应根据上述可能性的大小就行折减，即存在横向折减的问题。

汽车荷载的标准值在制定的时候对于计算结构效应的车道荷载，参考了自然堵车下的车距统计和重载车辆的调查资料而加以抽象化，实际桥梁上通行的车辆不一定能达到上述条件，特别是对于大跨度桥梁，依据概率分布的特点，跨度越大，出现上述情况的可能性越小，因此计算汽车荷载效应的时候需要就行相应的纵向折减。

34.桥梁设计时为什么需要考虑作用（荷载）组合？

答：

桥梁结构在修建和使用时会承受多种多样的作用的影响，不同作用产生的可能性不一样，影响结构的特征也不一样。

为获得施工和运营时可能处于最不利的受力状态，以确保结构的安全性，需要将各种作用效应加以组合。

组合时还需考虑不同作用同时发生的可能性。

35.试比较公路和铁路桥梁的作用组合方式有什么不同？

答：

公路桥梁设计中作用（荷载）分为永久作用、可变作用和偶然作用。

公路桥梁设计中作用的组合分为多种类型。

如考虑承载能力极限状态下的基本组合与偶然组合，考虑正常使用极限状态下的长期组合、短期组合、应力计算组合等。

组合时，需要考虑不同作用的分项系数与组合系数。

铁路桥梁设计中作用（荷载）分为主力（包括恒载和活载）、附加力、特殊荷载。

铁路桥梁设计中的荷载组合方式主要为三种：

（1）主力组合：

恒载＋活载；

（2）附加力组合：

恒载＋活载＋附加力；（3）特殊荷载组合：

恒载＋活载＋特殊荷载。

在组合中，铁路荷载效应的组合是各项荷载效应的直接叠加，不考虑荷载的组合系数和分项系数。

36.桥面上设置横、纵坡的作用各是什么？

当桥宽很大时，横坡能否仍采用三角垫层的方式设置？

为什么？

答：

桥梁上设置纵坡首先是为了适应线路竖向曲线的需求或者是为了满足跨越净空的需要。

设置纵坡也能够为桥面排水提供充分的条件。

桥梁上设置横坡的目的主要是便于桥面横向汇水与排水。

在弯道桥上，桥面横坡也用于适应线路横向超高的需求。

当桥宽很大时不宜采用三角垫层方式设置桥面横坡。

因为三角垫层的厚度受桥面横坡大小与桥面宽度影响。

如果设计横坡是一个定值，在宽桥中为实现桥面横坡，会需要较大的垫层厚度。

这会导致桥面铺装系统的重量增加，即不利于承重结构和桥面结构受力，也不经济。

37.简述桥梁结构中桥面铺装层的主要作用。

答：

桥梁铺装的主要作用在于：

防止车辆轮胎或履带直接磨耗行车道板、保护主梁免受雨水侵蚀对车辆轮重的集中荷载起分布作用。

图中，车轮行进时，需要桥面铺装层提供摩擦力，反过来摩擦力的存在要求桥面铺装应具有一定的耐磨性。

桥面铺装的存在也避免了车轮直接磨耗桥梁的受力构件－行车道板。

图中，车轮因其承重会对桥梁结构产生竖向局部压力，铺装层的存在可以将车轮的集中压力扩散到桥梁的受力构件（行车道板），减小车轮荷载的局部效应。

反过来，由于需要直接承受轮压荷载，这也需要桥面铺装层必需具备一定的强度。

图中还可以看到，桥面铺装层下直接对应桥梁结构的行车道主梁，无论采用钢筋混凝土结构还是钢结构，都需要桥面铺装在摩擦力和轮压力小应有较好的抗裂性，避免桥面雨水通过桥面裂缝渗透到梁体引起主梁钢筋或钢结构的锈蚀。

因此，桥面铺装要求有一定的强度，防止开裂，并保证耐磨。

38.在桥梁工程中,设置伸缩缝的作用是什么？

答：

桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩徐变等影响下将会发生伸缩变形。

为满足桥面按照设计的计算图式自由变形，同时又保证车辆能平顺通过，就要在相邻两梁端之间以及在梁端与桥台或桥梁的铰接位置上预留断缝，并在桥面（公路桥是路面，铁路桥是钢轨）设置伸缩装置。

《桥梁工程》第六次离线作业

三、主观题（共4道小题）

31.请绘制一2×30m简支梁桥立面布置的示意图，要求包括并标注：

桥台、桥墩、主梁、支座、桥面铺装、栏杆、伸缩缝。

并归纳简支梁桥的主要特点包括哪些？

参考答案：

简支梁桥的主要特点包括：

（1）受力明确；静定结构，受力明确，不会产生次内力（如沉降、温度、预应力等次内力）。

构造简单；因为受力明确构造相对简单，可采用拼装式结构。

（2）易于设计；易于设计成系列化和标准化。

（3）易于施工；有利于在工厂内或工地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，显着加快建桥速度。

（4）便于管养；病害少，维修、更换容易。

（5）跨度受限。

在中小跨径桥梁应用广泛，不能作为大跨度桥梁的适用形式。

32.2012年3月13日，湖南省娄底市涟水河大桥桥面发生下塌的事故，大桥进入钢管拱施工阶段的第十跨桥面发生局部下塌。

由于当时没有施工人员作业，没有造成人员伤亡。

发生事故的桥梁设计为下承式钢管混凝土系杆拱桥，桥面宽28.5米，双向6车道布置。

请根据案例分析以下问题：

（1）请根据所学知识，说明什么是系杆拱桥，并绘制一个完整的下承式系杆拱桥示例。

（2分）

（2）下承式系杆拱桥属于拱－梁组合体系桥梁，请回答拱－梁组合体系桥梁的受力特点，并回答系杆拱桥中系杆的作用。

（2分）

（3）发生事故时，该桥处于主梁（系杆）浇筑完成后的施工阶段，发生事故的主要原因是施工单位违规操作将主梁支架提前拆架。

请根据图片说明，该拱桥采用的是什么样的施工方法？

（2分）

（4）请说明为什么主梁支架提前拆架会引起桥梁事故？

（2分）

（5）请给出该类桥梁的合理施工步骤（顺序）建议。

（2分）

参考答案：

（1）系杆拱桥是采用设置水平系杆来平衡拱脚水平推力的一种拱桥结构形式。

这种结构形式在体外形成静定结构，对下部结构不会产生推力。

在体内通常设置为拱梁组合而成的超静定结构。

（2）拱梁组合体系桥梁是由主梁和主拱共同承受外部荷载的桥型，主梁受力以受弯为主，主拱受力以受压为主。

根据拱、梁刚度的差异可以划分为刚梁刚拱、刚梁柔拱、柔梁刚拱等不同形式。

系杆拱桥中的系杆主要用于平衡自重和车辆荷载作用下产生的拱脚水平推力，通过系杆的受力，形成无推力拱桥结构，从而减小对基础设置时对抵抗水平（推）力的要求。

（3）根据图片该桥采用的是支架现浇的施工方法施工主梁。

拱圈架设采用主梁上（少）支架支撑拼装形式架设拱圈钢管。

（4）拱梁组合体系桥梁需要由拱和梁共同承受自重和外荷载作用。

施工当中主梁浇筑完毕后，拱肋并没有完成架设，也没有施工吊杆；这种情况下提前拆除主梁支架，由于没有拱圈的帮助，主梁不能承受如此跨度下自重产生的弯矩，因而出现了主梁大变形（竖向变形）。

（5）根据拱梁组合体系的受力特点，在该桥的施工中合理的施工步骤应为：

A.搭设支架，支架法浇筑主梁，张拉主梁预应力；B.在主梁上搭设支架，拼装拱圈钢管；浇筑拱圈钢管内混凝土；形成钢管混凝土拱肋。

C.安装吊杆；形成拱梁组合受力体系；D.拆除桥面拱肋支架、拆除主梁支架；（桥面拱肋拼装支架可以在拱肋钢管完成连接后拆除）E.完成桥面铺装及其它附属结构施工。

33.2012年8月24日5点30分左右，哈尔滨阳明滩大桥疏解工程一上行匝道垮塌，桥上4辆货车侧翻至桥下，致使3人死亡5人受伤。

经专家组认定，事故性质为由于车辆严重超载而导致匝道倾覆、车辆翻落地面，造成人员伤亡的特大道路交通事故。

经调查和实际称重，事故发生时的4台货车核载总量为102.135吨，实载总量为395.4吨，总超载为293.265吨，车货总重485.185吨。

由于超载货车在121.96米的长梁体范围内同时集中靠右行驶，造成钢混叠合梁一侧偏载受力严重超载荷，从而导致倾覆。

该倾覆的匝道桥面宽度为9m，采用三跨连续梁结构，主梁为变截面结合梁（叠合梁）；连续梁下部结构中连续梁中墩采用独柱墩的形式（柱顶设1个支座）、边墩采用独柱盖梁形式（盖梁上横向设多个支座）

（1）什么是叠合梁（结合梁）结构？

（2分）

（2）根据材料性能的差异，在相同跨度情况下，试将钢梁、混凝土梁、叠合梁结构自重的大小排序进行排序。

（2分）

（4）根据事故桥梁设计的独柱墩及其支座平面布置情况，试分析独柱墩为什么在车辆偏载（靠边行驶）时容易出现倾覆的事故？

（2分）

（3）事故桥梁的支座立面和平面布置情况参见图D。

请说明在连续梁结构中当采用钢梁或叠合梁时为什么边跨支座容易出现支座脱空情况（即支座出现拉力而退出工作）（2分）

（5）试从桥梁结构设计与桥梁运营管理角度论述如何避免类似事故发生？

（2分）

参考答案：

1、用剪力键或抗剪结合器或其它方法将混凝土桥面板与其下的钢板梁结合成整体的梁式结构，成称为结合梁桥。

在结合梁桥中，混凝土桥面板参与钢板梁上翼缘受压，提高了桥梁的抗弯能力，从而可以节省用钢量或降低建筑高度。

2、因为钢材的强度高，在相同跨径的情况下，钢梁的自重较混凝土梁轻。

叠合梁的材料受力介于钢梁和混凝土梁之间，故通常情况下在相同跨径条件下结构自重的排序为：

钢梁<叠合梁<混凝土梁。

3、连续梁中在结构自重恒载作用下，边墩的支座反力通常会小于中墩的支座反力。

如果边中跨布置不合理，在自重情况下边墩的支座反力通常会很小，特别是对于钢梁或结合梁这类自重较轻的桥梁结构。

连续梁结构如果中跨布置汽车荷载时，汽车荷载会产生边跨支座的负反力（拉力），如果汽车荷载产生的拉力大样自重产生的压力，那么恒载与活载组合后的边支座反力可能是拉力效应。

通常的支座设计是只能承受压力而不能承受拉力的，组合后的拉力效应直接将使得边跨支座出现受拉后脱空的情况。

钢梁或叠合梁由于自重较轻更容易出现这种情况。

4、事故桥梁的连续梁支座平面布置中，两个中墩采用了独柱桥墩单点支座布置形式，对结构抵抗偏载扭矩没有帮助。

车辆荷载偏载布置时所产生的横向扭矩完全由边墩的独柱双点支座来抵抗。

汽车活载作用下，横向双点支座对扭矩的抵抗反映为一个支座受拉、一个支座受压而形成的抵抗扭矩。

由于连续梁结构本身边跨支点的恒载压力储备就较小，在全球满布偏载（特别是超重车辆偏载的情况），外侧（扭转受拉侧、车辆偏载的反方向侧）角点的支座反力更容易出现拉力而导致支座脱空。

一侧支座脱空后，边墩双点支座抗扭的能力会丧失，将直接导致桥梁出现侧向倾覆失稳现象的发生。

对于钢桥或结合梁桥，这种倾覆非风险因结构恒载自重轻的原因而更容易产生。

5、从桥梁结构设计上的措施：

采用合理的连续梁边中跨比；钢梁或叠合梁边跨支点可适当压重以提高恒载压力储备；尽量避免采用独柱桥墩，特别是单点支座的独柱桥墩，条件适宜的地方宜尽量采用双柱或多柱桥墩提高体系的抗扭能力；提供横向抗扭的多支点支座的布置间距宜适当加大；连续的叠合梁结构预应力张拉应避免导致边墩支点的二次负反力。

从桥梁运营管理上的措施：

严格控制超重车辆上桥；匝道桥中设置独柱墩及桥面较窄的情况下宜提示重车居中形式，减下偏载下的结构倾覆风险