二学期西南交大钢桥15问答题.docx
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二学期西南交大钢桥15问答题
钢桥第1次作业
6.钢桥的主要特点是什么？
其适用范围如何
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。
适用范围：
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。
7.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：
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。
9.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。
I
E
10.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。
11.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。
12.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。
13.已知某单线铁路简支栓焊桁架桥，跨度I=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。
答：
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pi=（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Q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
mm1413.6亠小
y=—x=0,618
Yisind811
it—ztz—1S—4—113.6
V
//sind
x=0.464
11
影响线加载长度及顶点位置
4x8x8=3657
H-18-1
=^-（^+7.）=8x8-36.57-27.43
所以，影响线面积
Q=-（ZL+/2）y=-x3&57x0.618=11.30
22
ZQ=□+□'=1130+（-6.36）=4.94
（3）由于恒载所生内力
Np=pEQ=18x4.94=88.92iV
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
!
：
+】：
=2743,
&=0.12%
k'=^=56.SkN/m
&+A=36,57,
a=0.125,
k=I"”=53AkN/m
（2）冲击系数
1+U=1+
40+Z
运营动力系数
18
1+均二1+二^二1+—-—=1.17「40+Z40+8x8
（3）活载发展均衡系数n值的计算
n=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a=0.5,查表得k=45.6kN/m，故
N
18
q—二—±二—±—==Q311
（1+“）傀（1+QAQ（1+“）片1.27x45.6则对斜杆A3E4
N
88.92
二0.1171.27x511x11.3
1..,0.311-0.117
"二1+匸（％-。
）二1+=1-032
o
88.92
———.—O"IQ^l
—1,27x56.8x6.36'
f.1.①=0.311+0.194［介一
77=1+—（口—£7）=1=1.084
66
（4）活载所生内力（包括冲击力）为：
帀（1+“）取=L032xl,27x53.1x113=7864i2V
r/Q+QM=-1.084x1.27x56.8x6.36=-197.3/W
3、主力作用下斜杆AE4的内力
N、=Np+r/（l+/i）Nk=88.92+786.4=875.3fcV
N[=NpFQ+肚）芯=88.92-497.3=-408.4kV
计算疲劳时的最大内力
Nn=Np+（1+//J7V；=88.92+1.17x53,1x113=79L0yWV
N；二代+（1+=88.92-L17X56.8x636=-333.7JWV
钢桥第2次作业
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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A
j；
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S;
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。
11.下承式钢板梁桥的适用范围？
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。
12.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。
13.已知某单线铁路简支栓焊桁架桥，跨度I=64m,主桁图式及尺寸同题6
3。
试计算下弦杆EE4在纵向制动力作用下的杆件内力。
答：
解：
按相应于下弦杆EzEa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，
f
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f满足下列等式时，即为产生最大杆件内力的活载位置。
二此
ab
220x5+92r_92（30-r）+80（10+x）
2440
解得
x=10.4m
故桥上静活载总重P=220X5+92X30+80X（10+10.4）=5492kN制动力t=0.07P=0.07X5492=384.4kN
下弦杆E2曰在纵向制动力作用下的杆件内力为
T3844
N宀产〒亠讪
钢桥第3次作业
11.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：
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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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498.9kN，制动力作用下Nr=192.2kN，试确定E2E4杆件的计算内力。
答：
解：
主力+横向附加力：
Nn=Ni+Nw=3340+498.9=3838.9kN
（主力控制）
主力+纵向附加力：
血=Ni+NT=3340+192.2=3532.2kN
35322
二兰竺二2卫3・76的＜3340也
1.25
因此下弦杆E2E4的计算内力取为3340kN
钢桥第4次作业
11.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。
12.
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。
13.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。
14.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。
15.什么是横向框架效应？
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。
16.引入活载发展均衡系数的作用是什么？
答：
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+y）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n,对不同杆件通过对活载加大不同的n倍，使各杆均具有相同的amax相同的nmax。
n=1+（maax-a）/6，
其中：
amax为主桁所有杆件的a值中最大者
a=Np/[（1+GNk]
17.简述竖杆的截面设计步骤。
答：
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。
18.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ls=38200cm4,横梁的截面惯性矩Ib=651000cnf,纵梁作用于横梁上的竖向荷载R=873kN,钢的弹性模量E=2.06X105MPa。
试计算吊杆A3Ej下端的弯矩值。
19.
答:
解：
简支横梁跨中最大弯矩M=873X1.875=1636.9kN•m
尸（a+b）/B=（5750-1875）/5750=0.674
h'/h=5775/（5775+4580）=0.558
横梁在框架面内的刚度系数
ib=Eb/B=2.06X1011x651000X10-8/5.75=2.33X108N•m
吊杆在框架面内的刚度系数
is=EIs/h'=2.06X1011x38200X10-8/5.775=1.36X107N-m
故吊杆A3E3下端的弯矩值为
3
Mb=:
（2-0.5/J）^+3
x0.674x1636.9
=101.89WV•旳
钢桥第5次作业
11.如何定义钢桥？
答：
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。
12.简支桁架桥如何实现上拱度的设置？
答：
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。
13.简述上弦杆的截面设计步骤。
答：
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入（包括入X、入y）的值；
2）根据估算的；x及2y值，取其较大者查表得到整体稳定容许应力折减系数如，则选取杆件的毛截面积为
丿_N
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S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。
14.叙述钢箱梁桥的主要构造特点。
答：
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。
15.现代斜拉桥为何要采用密索距？
答：
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。
16.简述悬索桥的主缆类型及施工方法。
答：
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。
17.
已知某单线铁路简支栓焊桁架桥，跨度I=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AiEo及下弦杆E2E4在横向风力作用下的杆件内力。
&=5課5
答：
解：
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
3风上=[0.5X0.4XH+0.2（h+3.0）X（1-0.4）]XW'（kN/m）
3风下=[0.5X0.4XH+1.0（h+3.0）X（1-0.4）]XW'（kN/m）
取h=纵梁高+钢轨枕木高=1.29+0.40=1.69m
故
3风±=[0.5X0.4X11+0.2X（1.69+3.0）X0.6]X1000=2762.8N/m=2.76kN/m
3风下=[0.5X0.4X11+（1.69+3.0）X0.6]X1000=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
5.01x28x36
=±
■2x5.75
二±439.LWV
作用在桥门架上的风力
Hw=-皱上・1、=-x2.76x48=6624kN
22
腿杆反弯点位置
cC+2Z8.048.04+2x136”十
Lx=<77m
°22c+122x8.04+13.6
端斜杆AiEo所受附加弯矩为
胚二如（c一為）=x（8.04-4,77）=10&3加・m”H.决”如、66.24z.__L29._„_T
-―—（20-—）=x（4.77）二136.6kN・m
2
端斜杆AiEo所受附加轴力为
〜土円应-如二66.24xQ3.6-4.77）“°].7创
R0
=-rCOS0=+101.7X吐=+59.8fc?
V
13.6
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