桥梁设计思考题(编辑修改稿)

桥梁设计思考题(编辑修改稿)内容摘要：

2 202 002 202 00 图 3 最大跨径连续箱梁最佳横截面几何参数曲线 2 钢筋保护层的作用是什么。 答：保护层的作用是保护钢筋不被锈蚀。 对于钢筋混凝土及预应力混凝土结构，他们的耐久性主要取决于钢筋是否被锈蚀，钢筋一旦被锈蚀，不仅钢筋有效面积减小，而且因腐蚀膨胀使周边混凝土剥落，更加速钢筋的腐蚀。 钢筋被腐蚀的速度主要与以下五个因素有关： 1）所 处环境状况； 2）保护层厚度； 3）混凝土密实性； 4）混凝土中侵蚀混凝土和钢筋的化学成分含量； 5）过宽的裂缝 若保护层混凝土性能稳定、密实，并有足够的厚度，则周边环境的有害物质通过渗透至钢筋表面的时间将大大延长，从而使结构的耐久性得到保证。 2 什么是三向预应力结构。 答： 箱形截面连续梁的受力比较复杂，除了承受顺桥向平面内的弯曲和剪力外，还要承担偏载时产生的扭转剪应力，此外，车辆荷载以及局部温差将会对箱梁产生横向弯曲应力。 因此，除了沿纵向布置预应力钢筋外，还要沿 垂直腹板的全长每隔一定的间距设置竖向预应力钢筋，在箱梁 顶板（包括悬臂板） 内设置横向预应力钢筋，由于在三个方向均施加预应力，故称三向预应力结构。 2 板的荷载有效分布宽度是怎么定义的。 答：板的荷载有效分布宽度是在知道了活载在桥面板上的分布情况，确定用什么位置的 1m 宽板条进行内力计算。 其定义为当荷载以 a1b1的分布面积作用在板上时，板除了沿计算跨径 x 方向产生挠曲变形 wx外，沿垂直于计算跨径的 y方向也必然发生挠曲变形 wy（图4a）。 这说明荷载作用下不仅使直接承压的宽度为 a1的板条受力，其邻近的板也参与工作，共同承受车轮荷载所产生的弯矩。 a axyxxxl1b 1方向行车截面弯矩图dy方x1向行车m x maxm xyy( a ) ( b )al /2ωωω图 4 行车道板的受力状态 为了计算方便，设想以 a 宽板均匀承受车轮荷载产生的总弯矩（图 4b），即   Mdymma xx m a x 则得弯矩图形的换算宽度为： maxxmMa （ 232） 式中： M——车轮荷载产生的跨中总弯矩，可直接由结构力学方法计算得到； mxmax——荷载中心处的最大单宽弯矩值，精确解需由板的空间计算 才能得到。 我们就定义上式的 a 为板的有效工作宽度，或荷载有效分布宽度。 这样，当有一个车轮作用于桥面板上时， 1m 宽板条上的荷载计算强度为： 汽车： p =12abP 挂车： p =14abP （ 233） 式中： P——汽车或挂车的轴重。 2）《桥规》中 a 的有关规定 《桥规》基于大量的理论研究，对板的有效工作宽度有如下规定： （ 1）单 向板的荷载有效分布宽度 i．荷载在跨径中间 对于单独一个荷载： ,323 21 lHalaa  但不小于 l32 这里， l 为两梁肋之间板的计算跨径。 《桥规》规定，计算弯矩时， tll  0 ，但不大于 bl 0 ；计算剪力时， 0ll ，其中0l 为板的净跨径， t 为板的厚 度， b 为梁肋宽度。 对于几个靠近 的相同荷载，如按上式计算所得各相邻荷载的有效分布宽度发生重叠时 323 21 ldHaldaa  式中 d 为最外两个荷载的中心距离。 ii．荷载在板的支承处 tHataa  239。 21 ，但不小于 l/3 式中： t——板的厚度。 iii．荷载靠近板的支承处 xaax 239。  式中： x——荷载离支承边缘的距离。 （ 2）悬臂板的荷 载有效分布宽度 a 39。 239。 22 12 babHaa  式中： 39。 b 为承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂根部的距离。 对于分布荷载靠近板边的最不利情况， 39。 b 就等于悬臂板的净跨径 l0，于是： a=a1+2l0 不管是单向板还是悬臂板，对于履带荷载来说，因为其接触地面较长，通常就忽略荷载压力面以外的板条参与工作，故不论在跨中或支点均取 1m宽板条按实际荷载强度 p 进行计算。 2 什么叫荷 载横向分布的杠杆原理法。 答：杠杆原理法进行荷载横向分布计算时，其基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系作用，即假设桥面板在主梁梁肋处断开，而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。 利用上述假定作出主梁的荷载横向分布影响线，即当移动的单位荷载 1P 作用于计算梁上时，该梁承担的荷载为 1；当 P 作用于相邻或其它梁上时，该梁承担的荷载为零，该梁与相邻梁之间按线性变化，如 下 图所示。 杠杆原理法适用于计算荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数 mo。 此时主梁的支承刚度远大于主梁间横向联系的刚度，受力特性与杠杆原理法接近。 另外该法也可用于双主梁桥，或横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁。 ( a )1 2 3 41( b )2 3 4( c )1 号梁2 号梁+11 图 5 按杠杆原理法计算荷载横向分布系数 2 什么叫荷载横向分布的偏心压力法。 答：偏心压力法是计算荷载横向分布系数的一种常用方法，偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向联结，且桥的宽跨比 B/l 小于或接近 的情况时（一般称为窄桥）的跨 中截面荷载横向分布系数 cm 计算。 偏心压力法的基本前提是： 1）车辆荷载作用下，中间横隔梁可近似地看作一根刚度为无穷大的刚性梁，横隔梁仅发生刚体位移； 2）忽略主梁的抗扭刚度，即不计入主梁扭矩抵抗活载的影响。 如图 6a所示，图中 wi表示桥跨中央各主梁的竖向挠度。 基于横隔梁无限刚性的假定，此法也称 “刚性横梁法 ”。 根据在弹性范围内，某根主梁所承受到的荷载 Ri与该荷载所产生的跨中弹性挠度 wi成正比例的原则，我们可以得出：在中间横隔梁刚度相当大的窄桥上，在沿横向偏心布置的活载作 用下，总是靠近活载一侧的边主梁受载最大。 下面，将介绍单位荷载 P=1 作用在跨中任意位置（偏心距为 e）时， 1＃ 主梁所承担的力 1R。 取跨中 x=l/2 截面，如图 6b所示。 通常情况下，各主梁的惯性矩 Ii 相等。 显然，对于具有近似刚性中间横隔梁的结构，偏心荷载 P＝ 1 可以用作用于桥轴线的中心荷载 P＝ 1 和偏心力矩 M＝ e1 来替代，分别求出这两种情况下 1＃ 主梁所承担的力，然后进行叠加，如图 6b 所示。 ωωωωωωωωωR14图3. 16R131211R R015Rae1II II 21 43a11 2 3a42a324511R39。 5I 554 5y∞nE I d39。 Pc39。 cdx( a )( b )B /2B /2l/2l/2P = 1 k N(i)(ii )(i ii)(i v)(v )P = 1 k NM = 1 e k N mP = 1 k N39。 R39。 43R39。 R39。 2R39。 1M = 1 e k N m5R4RR 1 R 22ω239。 12345 图 6 偏心压力法计算图示 2 怎样使用 “等代简支梁法 ”来分析非简支的其他梁式体系桥的荷载横向分布。 答：等代简支梁法的原理主要有以下三个要点： 将多室箱梁假想地从各室底板中点断开，使之变为具有 n 片 T 形梁（或 I 字形梁）组成的桥跨结构，然后应用修正偏压法公式计算其荷载横向分布系数 m。 按照在同等集中荷载 P=1 作用下跨中挠度 W 相等的原理来反算抗弯惯矩换算系数Cw。 现以图中三跨变截面连续梁的中跨为例进行说明，设该跨梁跨中截面的抗弯惯矩为 Ic，在 P=1 作用下的跨中挠度为 W 连 ，现用同等跨径的等 截面简支梁来代替该跨，当该等代梁的抗弯惯矩调整到某个 CwIc值时，便可以达到与实际梁相等的跨中挠度，即 W 代 =W 连。 按照相类似的原理，令实际梁与等代梁在集中扭矩 T=1 作用下扭转（自由扭转）角相等（  代 = 连 ）时来反求连续梁中跨的抗扭惯矩换算系数 Cθ，此处实际梁的跨中截面抗扭惯矩为 ITc。 同理，对于连续梁的边跨也是在其中点施加 P=1 和 T=1分别来反算该跨的换算系数 Cw和 C。 当求出各跨的这些换算系数后 ，则抗扭修正系数  可以改写成如下的形式： 22)/(1211iCwTC anIC ICEGl  或 22 11211iCTCw aIICCEGnl  （ 246） 式中的 CI 和 TCI 分别为整个箱梁截面的抗弯惯矩和抗扭惯矩。