大跨度桥梁考核作业详解

2016级大跨度桥梁考查题（每题10分，共100分）

一、简述悬索桥中主缆无应力索长的计算思路和方法？

答：悬索桥中、边跨中，各索股由索夹紧箍成一条主缆，因而，通过求解主缆中线再 求索股的无应力长度。但是，悬索桥不同于其他的桥型，其主缆线形并不能由设计者人为确定，而需根据成桥状 态的受力而定。所以，先确定成桥状态主缆各控制点(IP 点和锚点)的位置、矢跨比和主缆的截面几何形状参数、材料参数等，再采取解析迭代法，确定主缆的线形，并求解主缆的缆力和主缆中线的有、无应力长度，然后进一步求解包括锚跨在内的索股长度。 主缆自由悬挂状态下，索型为悬链线。取中跨曲线最低点为坐标原点，则对称悬链线方程为：

式中：c=H/q ；H 为索力水平投影；q 为主缆每延米重。

主缆自重引起的弹性伸长量为：

主缆无应力长度为：

210S S S S ∆-∆-=

根据成桥状态主缆的几何线型、桥面线型，求得各吊索的

有应力长度，扣除弹性伸长量，即得吊索无应力长度。

二、简述悬索桥中主索鞍为何要设置边跨方向的预偏？

答：在空缆状态,由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同,导致相邻跨主缆水平分力不等。此时,若索鞍仍保持在成桥位置,会使主塔承受较大的不平衡力,需要通过桥塔自身变形来平衡。然而在实际情况中,靠主塔变形改变跨度,减小不平衡力是不现实的,需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力,使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态,此时的偏移量或偏转量就是索鞍的预偏量。

悬索桥桥塔设计的合理成桥状态是塔顶没有偏位，塔底没有弯矩，此时塔顶相邻跨主缆水平分力相等。在空缆状态，由于桥塔相邻跨主缆的无应力长度不同，导致相邻跨主缆水平分力不等。此时，若索鞍仍保持在成桥位置，会使主塔承受较大的不平衡力，需要通过桥塔自身变形来平衡。然而在实际情况中，靠主塔变形改变跨度，减小不平衡力是不现实的，需要通过索鞍的偏移或偏转来调整各跨主缆的张力，使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态。

三、简述主缆和吊索的安全系数一般如何设计取值？

答：（1）主缆：国内悬索桥主缆设计采用容许应力法，安全系数一般取 2.5。但是由于国内主缆钢丝性能的提高，施工工艺的改进，后期维护水平的提高，以及大跨度悬索桥可变作用产生的主缆缆力效应所占比例的减小，安全系数考虑的材料缺陷，加工误差，结构非线性等因素相对减小。考虑二次应力后的影响安全系数可以减小。为研究主跨1 000m以上大跨径悬索桥主缆安全系数的取值问题,如建立西堠门大桥(主跨1 650m 的两跨连续梁悬索桥)空间几何非线性有限元模型,分别按照各国的荷载标准对模型进行加载,计算结构在荷载作用下的内力及位移,并根据相应的规范进行荷载组合,计算出主缆相应的安全度,采用Wyatt公式进一步计算模型考虑主缆二次应力后的安全系数。计算分析结果表明,大跨径悬索桥主缆安全系数可由2.5降低至2.3,从而给出了大跨径悬索桥主缆容许应力安全系数2.3的建议值。

(1)吊索：

吊索的安全系数一般取3.0.因为在高应力状态下工作，长期塑性变形比较大，所以安全系数一般建议取大点。对于受力明确，材料均匀，维护水平高的悬索桥吊索的安全系数可以取小点。

四、斜拉桥的合理成桥状态设计主要内容？

答：（1）合理成桥状态的确定刚性支承连续梁法，零位移法，内力平衡法，指定应力法，最小弯曲能量法，最小弯矩法，用索量最小法，影响矩阵法。以上方法在应用中难以全面考虑斜拉桥受力的要求。故用分步算法确定合理成桥状态。

斜拉桥成桥受力状态包括成桥恒载内力状态和主梁线形状态,并且对于混凝土斜拉桥,由于混凝土收缩徐变的影响,成桥后相当一段时间内恒载内力状态和主梁线形状态会随时间变化,通常认为5年后才能基本稳定.成桥恒载状态应以混凝土收缩徐变荃本完成后的稳定状态为准,但在变化阶段桥梁也应能满

足使用要求。

主梁线形状态主要指成桥恒载状态下主梁的标高符合设计标高的要求这通常在初步设计阶段根据使用要求确定了桥下通航净空、桥面纵坡、竖曲线后就成为了一个明确的目标。为了考虑活载的影响,通常还设里一定的预拱度。

（2）施工状态的确定正装迭代法

五、请你画出缆索吊装拱桥的总体立面布置图？

六、简述一座大桥的详细设计流程与主要内容？

答：（1）设计流程为：

预可行性研究报告→项目建议书→工程立项→可行性研究报告→设计任务书→初步设计→技术设计→施工图设计。

（2）主要内容：

预可阶段主要研究建桥的必要性以及宏观经济上的合理性。在项目建议书被审批确认后，着手工可阶段的工作，在这一阶段，着重研究和制定桥梁技术标准，包括：设计荷载标准，桥面宽度，通航标准，设计车速，桥面纵坡，桥面平、纵曲线半径等。

初步设计应根据批复的可行性研究报告、测设合同和初测、初勘或定测、详勘资料编制。

技术设计应根据初步设计批复意见、测设合同要求，对重大、复杂的技术问题通过科学试验、专题研究、加深勘探调查及分析比较，进一步完善批复的桥型方案的总体和西部各种技术问题。

两阶段施工图设计应根据初步设计批复意见，测设合同，进一步对所审定的修建原则，设计方案，技术决定加以具体和深化。

七、简述你对大跨度桥梁课程学习的收获与建议?

答：1、对《大跨度桥梁》课程学习的收获：

（1）对各类大跨桥梁结构体系有了比较深刻的了解，田教授的提问式教学，使得我们最之间基础知识学习暴露出了许多漏洞。因此，我们也会带着这些问题去查阅相关资料去弄清楚这些问题，从而对该类知识有了更加深入的了解。

（2）这门课程，田教授也请了几位其他老师，他们也分别讲述了关于与桥梁设计紧密相关内容及经验，还有新材料FRP片材在桥梁工程中的应用。这些拓展了我们的知识面。

（3）教学使用教材很新，同济大学肖汝城教授编写的《桥梁结构体系》，是将力学和结构紧密地结合起来的一本专著，很有深度。有利于我们桥梁工程专业的学子从“体系”分析的高度和深度去理解各种不同类型桥梁的承载和传力特点，引导我们正确地进行结构设计和优化构造，避免一些因缺乏力学概念二造成的结构缺陷、失误和隐患，并使今后所涉及的桥梁结构更为安全、合理、经济和耐久，也更为美观，从而能达到更高的概念涉及境界。

（4）通过这门课程的学习，更加促进了我的自主学习能力，要带着问题去听讲、看书、作业。

（5）《桥梁结构体系》一书讲述了：第一章绪论，回顾了力、构件、结构体系的关系，给出了桥梁结构体系的分类及其基本受力特点，明确了评判桥梁结构体系优劣的标准。第二章介绍了组成桥梁结构体系的主要构件和连接、约束的基本形式、受力性能及其工程应用。第三章至第六章分述了梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥四种桥梁体系的发展历史、基本受力特点，通过理论分析和若干典型桥例，阐述了体系参数及设计参数对结构受力性能的影响，给出了改变结构体系性能的方法。第七章论