大跨度桥梁考核作业.doc

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1、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计算思路与方法？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 求索股无应力长度。但是，悬索桥不同于其他桥型，其主缆线形并不能由设计者人为确定，而需根据成桥状 态受力而定。所以，先确定成桥状态主缆各控制点(IP点与锚点)位置、矢跨比与主缆截面几何形状参数、材料参数等，再采取解析迭代法，确定主缆线形，并求解主缆缆力与主缆中线有、无应力长度，然后进一步求解包括锚跨在内索股长度。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：y=c(ch-1）式中：c=H/

2、q；H 为索力水平投影；q为主缆每延米重。主缆自重引起弹性伸长量为：主缆无应力长度为：根据成桥状态主缆几何线型、桥面线型，求得各吊索有应力长度，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预偏？答：在空缆状态,由于桥塔相邻跨主缆无应力长度不同,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,需要通过索鞍偏移或偏转来调整各跨主缆张力,使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态,此时偏移量或偏转量就是索鞍预偏量。悬索桥桥塔设计合理成桥状态是塔顶没有偏位，

3、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，需要通过索鞍偏移或偏转来调整各跨主缆张力，使相邻跨主缆在索鞍处保持平衡状态。三、 简述主缆与吊索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提高，施工工艺改进，后期维护水平提高，以及大跨度悬索桥可变作用产生主缆缆力效应所占比例减小，安全系数考虑材料缺陷，加工

4、误差，结构非线性等因素相对减小。考虑二次应力后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取值问题,如建立西堠门大桥(主跨1 650m两跨连续梁悬索桥)空间几何非线性有限元模型,分别按照各国荷载标准对模型进行加载,计算结构在荷载作用下内力及位移,并根据相应规范进行荷载组合,计算出主缆相应安全度,采用Wyatt公式进一步计算模型考虑主缆二次应力后安全系数。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建议值。(1)吊索：吊索安全系数一般取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

5、一般建议取大点。对于受力明确，材料均匀，维护水平高悬索桥吊索安全系数可以取小点。四、斜拉桥合理成桥状态设计主要内容？答：（1）合理成桥状态确定 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与主梁线形状态,并且对于混凝土斜拉桥,由于混凝土收缩徐变影响,成桥后相当一段时间内恒载内力状态与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稳定状态为准,但在变化阶段桥梁也应能满足使用要

6、求。主梁线形状态主要指成桥恒载状态下主梁标高符合设计标高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目标。为了考虑活载影响,通常还设里一定预拱度。（2）施工状态确定 正装迭代法五、请你画出缆索吊装拱桥总体立面布置图？六、简述一座大桥详细设计流程及主要内容？ 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必要性以及宏观经济上合理性。在项目建议书被审批确认后，着手工可阶段工作，在这一阶段，着重研究与制定桥梁技术标准，包括：设计荷载标准，桥面宽度，通航标准，

7、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可行性研究报告、测设合同与初测、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，进一步完善批复桥型方案总体与西部各种技术问题。两阶段施工图设计应根据初步设计批复意见，测设合同，进一步对所审定修建原则，设计方案，技术决定加以具体与深化。七、简述你对大跨度桥梁课程学习收获及建议? 答：1、对大跨度桥梁课程学习收获：（1）对各类大跨桥梁结构体系有了比较深刻了解，田教授提问式教学，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

8、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了解。（2）这门课程，田教授也请了几位其他教师，他们也分别讲述了关于及桥梁设计紧密相关内容及经验，还有新材料FRP片材在桥梁工程中应用。这些拓展了我们知识面。（3）教学使用教材很新，同济大学肖汝城教授编写桥梁结构体系，是将力学与结构紧密地结合起来一本专著，很有深度。有利于我们桥梁工程专业学子从“体系”分析高度与深度去理解各种不同类型桥梁承载与传力特点，引导我们正确地进行结构设计与优化构造，避免一些因缺乏力学概念二造成结构缺陷、失误与隐患，并使今后所涉及桥梁结构更为安全、合理、经济与耐久，也更为美观，从而能达到更高概念涉及境界。（4）通过这

9、门课程学习，更加促进了我自主学习能力，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、结构体系关系，给出了桥梁结构体系分类及其基本受力特点，明确了评判桥梁结构体系优劣标准。第二章介绍了组成桥梁结构体系主要构件与连接、约束基本形式、受力性能及其工程应用。第三章至第六章分述了梁桥、拱桥、斜拉桥与悬索桥四种桥梁体系发展历史、基本受力特点，通过理论分析与若干典型桥例，阐述了体系参数及设计参数对结构受力性能影响，给出了改变结构体系性能方法。第七章论述了桥梁结构体系合理受力状态及其确定方法。第八章在分析总结各种体系变化方法基础上，揭示了体系创新规律。2、对大跨度桥梁

10、课程学习建议：（1）田教授提问式教学方式很好，有利于培养学生发散思维能力；（2）课程虽然不考试，但是布置考核作业稍微有点晚，由于受其他课程影响以及导师安排任务限制，一般很难再规定时间内独立地完成作业。因此，也会出现大批抄袭现象，而达不到预期目。所以，建议布置考核作业最好早一些，使得学生有足够时间保质保量完成。（3）田教授平时讲课是提出答辩式考核方式比较好。一方面，有利于学生查漏补缺，纠正错误；另一方面，有助于锻炼学生答辩应试技巧，缓解紧张压力。八、简述如何提高我国桥梁创新水平? 答：提高我国桥梁创新水平是多方面，包括桥梁功能、力学性能、经济性能、景观造型等。在功能方面，为实现汽车与铁路等不同种

11、类交通流分离，并满足铁路运输中刚度要求，出现了双层桥面桥梁。在桥梁力学性能方面，传统拱桥因其在拱脚处产生水平推力，所以难以在软土地基中应用，极大地束缚了它应用，为此，发展了部分有推力拱桥与无推力拱桥。提高经济性能是桥梁结构体系创新动力之一。自锚体系斜拉桥增加到一定跨度，会因梁内轴压力过大而不经济，还会增加桥梁失稳风险，于是出现了减少主梁轴压力部分地锚斜拉桥。对桥梁结构审美价值追求也是桥梁形式多样化原因。桥梁结构体系改变可以从根本上改变结构性能，从而突破结构自身瓶颈。下面从不同角度进行分析总结，1体系变化及创新。1、 结构体系间组合及协作（1） 斜拉桥及梁桥、刚构桥组合协作斜拉桥及悬臂梁桥、刚构

12、桥协作斜拉桥及梁式桥组合优势：在不增加斜拉索用量前提下增加桥梁跨径；无索区段可以采用较小主梁宽度，节省主梁用材。部分斜拉桥 附加斜拉索，类似于体外预应力，而索塔则类似于转向块，因而部分斜拉桥体系在受力上类似于体外预应力连续梁桥。（2） 斜拉桥及悬索桥组合协作及单一悬索桥或斜拉桥相比，斜拉-悬吊协作体系优势在于：及悬索桥相比，可减少锚碇规模，大大减少在海中修建锚碇造价及风险；斜拉部分可以选用混凝土梁，进一步减少桥梁造价；静力方面可以提高桥梁刚度；动力方面可提高抗风能力。及斜拉桥相比，可以减少索塔高度，从而降低造价；静力方面减小主梁轴力；动力方面减小施工最大悬臂，增加其抗风稳定性能。该桥型存在问题

13、是斜拉悬吊结合部位疲劳损坏，可以通过交叉吊索与增加承载能力安全系数等方式加以解决。(3)斜拉桥及拱桥组合协作（4）拱桥及梁桥、刚构桥组合协作梁拱组合体系：简支梁拱组合体系、单悬臂梁拱组合体系、连续梁拱组合体系。拱及三角形刚构组合2、 主要受力构件分合变化（1） 主梁分及合为了提高大跨度桥梁气动性能与侧向刚度，可以将箱梁中间拉开，变为开槽双箱梁。为了提高结构抗扭性能，可将常规双主梁形式改为箱梁形式。为了改变结构交通功能，还可以将桥梁上、下与左、右分离，以承载不同交通荷载。（2） 主拱分及合主拱是拱桥主要受力构件，通过主拱分及合，可以达到改善拱桥静动力特性与稳定性，美化结构目。（3） 塔墩分及合（

14、4） 缆索分及合3、构件尺寸及约束连接变化（1）主要受力构件尺寸变化 刚拱柔梁、柔拱刚梁、刚拱刚梁桥。部分斜拉桥塔梁尺寸大小决定了缆索系统及主分担荷载比例，两者对恒载分配比例决定了结构性能，可通过选择合理塔梁尺寸，构造最优性能索梁恒载比例，而两者对活载分配比例决定了结构刚度与缆索疲劳性能等。（3） 体系约束变化拱桥按照约束条件不同，可以分为有推力拱桥（包括部分有推力拱桥）与无推力拱桥。（4） 体系内部连接变化无推力拱桥可分为拱梁固结与拱梁铰接两类。斜拉桥按照塔梁之间不同内部连接形式，可以分为四种基本体系：刚构体系、塔梁固结体系、支承体系与漂浮体系。4、新材料、新体系、新工艺（1）高性能材料应用

15、 FRP片材已用于现有混凝土桥梁加固，利用FRP片材卓越受拉性能来提高构件承载能力。FRP棒材已用于替代钢筋混凝土结构中钢筋或预应力筋。FRP筋还可以替代悬索桥主缆与斜拉桥拉索，以提高悬索桥极限跨径，改善斜拉桥拉索垂度效应，极大地提高结构耐久性能，降低维护维修费用。（2）用新体系发挥新材料性能 随着高强度钢、CFRP等高比强度材料出现，建桥材料会发生改变，将促使桥梁体系、跨度、构造等发生相应变革。（3）加强新技术研发 计算机仿真技术发展，结构设计理论、方法与连接技术是应用新材料必须解决新问题。在跨海长桥中，桥梁对隧道竞争优势在于很大程度上依赖于深水基础技术进步。 随着跨度增大，斜拉索、伸缩缝、

16、抗震缓冲阻尼器、管养检测设备、大型构件预制工厂各类装备、海上施工机械以及计算机控制与远程通信设备等，都是必须技术储备。九、分别简述6S与8S技术在大跨桥梁中应用前景。 答：1、（1）6S技术指：整理，整顿，清洁，清扫，素养，安全。6S起源于日本，是指在生产现场中对人、机器、材料、方法等进行有效管理，6S管理方法是在5S基础之上发展而来。 整理(Seiri)：区分用及不用物品，现场只允许保留必需物品。 整顿(Selton)：必需品依标准规定定位、摆放整齐有序，并明确标示。 清扫(Seiso)：清除现场废物、清除作业区域物料垃圾。 清沽(Seiketsu)：将整理、整顿、清扫实施要求制度化、规范化

17、，并维持其成果。 素养(Shitsuke)：每个人按要求操作、依规矩行事，养成良好工作习惯，使每个人成为有教养人。安全（Security）：创造对人、工程施工没有威胁环境将突发事故引起损失降至最低。（2）8S技术指：整理，整顿，清洁，清扫，素养，安全，节约，学习。2、6S、8S技术在大跨桥梁中应用前景：质量管理是施工企业现场管理基础，6S、8S管理方法对塑造建筑企业形象、降低成本、安全高效生产、提高施工质量及现场环境改善方面产生重要作用，建筑企业在现场管理过程中推行6S、8S管理理念，可有效提高施工企业施工现场管理水平，对企业有着重要现实意义。因此，在建筑企业中推行6S、8S质量管理方法。可提

18、高施工企业工程质量、降低项目成本、塑造良好企业形象。是现代企业提高现场质量管理不可缺少组成部分 近年来在激烈市场竞争之下各施工企业纷纷提高施工现场管理方法为宗旨，力求控制项目成本、提高工程质量，增加建筑企业利润率。现场管理是指企业在施工现场对人力、材料、机械设备、清洁、整顿、保修及保养,主要指运用科学质量管理理念方式，对施工企业生产现场各种要素进行合理匹配，并达到优化动态管理过程，是现代建筑企业管理有机组成部分。确保工程项目文明施工、安全生产机械装备维持正常有序进行，必须促使所用涉及人力、财力、物力等资源处于良好优化状态。生产现场呈现为企业管理活动影子，贯穿于企业所有过程，不重视现施工企业现场

19、管理企业，终究结果是以失败而告终。而“6S、8S”管理是最基本、最有效现场管理方法。采用该方法是提高企业经济效益有效途径，也是衡量一个建筑企业文明及现代化程度主要标志。然而，处于当前社会建筑行业竞争加剧，企业进入微利时代情况下，充分认识到施工现场管理重要性是企业管理重中之重。 6S、8S管理方法在每个工作阶段，其赋予内容及目并不相同，在整理阶段为区分并整理出重要及不重要材料、工具、资料等，分别放置指定位置；在整顿阶段将所用物品定点、定量、定容放置，并贴上相关标签，方便获取；清扫阶段主要指不需要物品及污染源清扫撤离施工现场；在素养阶段主要表现为培养员工良好工作习惯；安全阶段排除施工现场各种存在安

20、全隐患问题要素，确保工作区域安全状况。6S、8S管理各推进要素之间相互联系相互促进。协调6S、8S管理之间核心关系，有利于促进施工企业现场工作管理水平。 推行“6S、8S”主要为建立一个舒适整洁良好工作场地，这不仅给员工提供一个安全健康工作环境，又可避免减少相关工伤意外事故，可加快企业施工进度。对提高施工企业现场管理水平，树立企业施工质量品牌形像，加强竞争力。6S、8S活动遵循质量持续改进原则，实施过程应符合PDCA循环，在计划、执行、检查阶段，发现问题并解决问题。主要分为前期准备阶段、执行阶段、检查阶段与总结四个阶段。6S、8S活动主要从高层领导管理开始，前期成立6S、8S管理委员会，并进行

21、相应管理方法理念宣传、策划、检查；在执行阶段，选定样板区，再扩展到其它部门或施工现场；检查阶段主要由6S、8S专业委员会制定相应符合实际考评规则，进行施工现场作业考核工作；然后通过考核结果对出现问题进行总结反馈并提出改善意见。大多数安全事故来源于忽略施工现场清理工作，例如：工人踩踏硬物、被物体碰撞、物体坠落、存放易燃物品不当引起火灾及爆炸事故等。因此，必须采取有效措施并确保施工现场环境整洁，显得尤为重要。制定检查方法。6S、8S活动为企业持续改进提高，检查为优质质量管理实施基础，只有6S、8S推进小组及现场技术管理人员不断改进，才能确保推进效果。在某公司推进6S、8S管理时，需要将现场检查对象

22、分为员工及施工单位，该员工检查主要是由6S、8S推进小组负责，施工单位检查由工程项目部进行检查。结合施工企业实际情况，制定结合现场实际方案。企业在推行过程中，要加强重视试点作用，由于试点管理方法能增强员工对6S、8S信心，并为其他部门提供经验，试点最好选那些脏乱且容易取得效果部门。 将“6S、8S”管理方法用于建筑企业施工现场管理，可增强施工现场各个要素直接协调统一，进行有效管理，创造良好施工环境，有效地促进施工安全，保证工程质量，提高施工进度，降低工程项目成本，最终实现建筑施工企业经营目标。实践证明，只有坚持不懈地推行“6S、8S”质量管理方法，为实现建筑企业施工品质飞跃，助一臂之力。十、简

23、述各类大跨桥梁边、中跨比合理设计范围及为什么？答：1、梁桥体系 对于各种连续体系梁桥而言，边中跨比一般限制在0.50.8。（1） 悬臂梁桥预应力混凝土悬臂梁悬臂长度一般可达（0.30.5）L，当悬臂达到0.5L时，跨中应用剪力铰连接，否则要用挂梁连接。当采用悬臂施工法时，一般采用对称布置，边跨及中跨之比在0.50.8。(2)连续梁桥一般边跨长度可取中跨长度0.50.8，对钢筋混凝土连续梁桥取偏大值，使边跨及中跨控制截面内力基本相同；对预应力连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩变化幅度，减小预应力筋数量。边跨长度过短，边跨桥台支座将会产生负反力，支座及桥台必须采用相应抗拔措施或边梁压

24、重来解决。应该注意到，边跨长度及连续梁施工方法有关，若采用悬臂施工法，考虑到一部分边跨采用悬臂施工外，剩余边跨部分还必须搭脚手架施工。为使脚手架长度最短，则边跨长度应取0.6倍中跨长度为宜。跨越海湾浅水区长桥多采用中、小跨径等跨连续梁桥。（3）T形刚构桥挂梁长度及主孔长度之比在0.250.50时，工程数量较为经济。当主孔跨径大时，比值宜取小值。挂梁最大跨径有同类简支梁最大跨径及施工运输安装能力决定，一般预应力混凝土挂梁跨径不超过3540m.对T形刚构桥分跨选择与布置，尚应考虑一下几点： 全桥T形单元尺寸尽可能相同，以简化施工及设计； T形刚构桥布置应尽可能对称，以避免T形刚构桥墩承受不平衡恒载

25、弯矩。（4）连续刚构桥 连续刚构桥大都采用平衡悬臂施工法，其跨径布置及连续梁相似。需要额外提及是，对多跨连续刚构桥，由于结构上墩梁固结，边中跨比例可取较小值。2、拱桥体系（1）对于三跨连拱体系，合理边中跨比取值应当使中边墩在恒载作用下水平推力趋于平衡。实际工程中考虑到桥墩有一定抗推刚度，边中跨比值取值范围可以有所变动，也可以通过调整中边孔恒载集度来改变中边跨比。（2）中上承式三跨体系多为飞鸟式部分有推力体系或无推力体系，尽管主拱推力可通过水平系梁张拉来平衡，但对边孔而言，如若张拉水平力过大，必将导致边拱出现正弯矩。边中跨比合理取值也可以考虑桥墩抗推刚度左适当变化。在中边跨比例确定情况下，也可通

26、过改变中边跨荷载集度例调整结构受力性能。（3）连续梁拱组合桥边中跨比较小，下承式最小约为0.3。 下承式三跨梁拱组合体系中拱对中跨强有力加劲及梁拱组合相对封闭作用，在恒大程度上阻止了中跨及边跨之间荷载相互传递，中支点几乎成了中跨及边跨隔离点。因此边跨不容易出现负反力，其受力主要取决于跨内荷载情况，但适当边跨长度将有利于受力及构造布置包括预应力钢筋布置。3、斜拉桥体系 边中跨比一般小于0.5。公路斜拉桥设计细则（JTG/T D65-01-2007）提出按恒载平衡设计原则确定边中跨比，并结合已建桥梁实际使用情况，认为双塔三跨斜拉桥边中跨比宜为0.330.5。其中，钢主梁宜为0.30.4；组合梁宜为

27、0.40.5；混合梁宜为0.30.45；混凝土主梁宜为0.40.45。在特殊地形条件下，可采用更小比值或采用地锚式斜拉桥。但应该注意到，这里给出这个比例为考虑设置辅助墩，且仅适用于主跨800m以下公路斜拉桥。原因是：（1）从力学性能角度看，边中跨比主要及边跨锚索应力比、桥面恒活载比例以及塔梁弯曲刚度有关，同时还与斜拉桥轴向刚度、结构体系（如塔及梁之间连接方式漂浮体系、支承体系、固结体系等），以及斜拉桥布置方式（如辐射形、竖琴形、扇形索面）等因素有关。（2）边跨缩短时，结构整体刚度增大，边跨对索塔锚固作用增大，但边跨平衡活载上拔力能力也随之下降；边跨增大时，锚墩负反力随之减小，但结构整体刚度也随

28、之降低；当边跨过长时，某些缆索甚至会退出工作。（3）在主跨确定情况下，边跨跨径随主梁活载集度及边跨恒载集度比值及边跨锚索在恒活载作用下应力比增大而减小。（4）超大跨径斜拉桥一般采用边跨部分长度内分散锚固锚索方式，以避免端锚索规格过大造成施工难题。（5）大跨径斜拉桥在活载作用下，边跨梁端附近区域会产生较大正弯矩，导致梁体转动，伸缩缝易受损，锚墩支座反力与锚索应力幅均较大，很难单靠调整边中跨比来协调，一般通过过渡跨或设置辅助墩方法予以解决。辅助墩在边跨内可均匀布置，也可以不均匀布置，即以主跨向边跨方向逐步递减，以达到美学上韵律感。每个边跨设置13个辅助墩较为适宜。辅助墩布设位置通常在边跨靠近锚墩0

29、.20.6倍边跨跨径处较好。4、悬索桥体系大多数悬索桥边中跨比为0.20.4。由于地形、地址要求，也有为了使锚碇位置设在深水区外采用0.40.5长边中跨比。当边中跨比为0.5时，由于缆索体系相对于每个桥塔是对称，外形优美。但大边跨会导致整体刚度下降。因此，具有长边跨悬索桥在结构效率与美观上往往不能两全其美。原因是：(1)边中跨比越大，主缆用钢量越大，主塔用钢量越小；（2）桥塔用钢量远小于主缆，并且对于三跨结构，边中跨比增大还会增加加劲梁长度。整体用钢造价依然是随边中跨比增大而增大；（3）若考虑到基础造价问题，则边中跨比对经济性能影响更为复杂；（4）对于结构受力性能，边中跨比影响较有规律性。不同垂跨比下加劲梁活载挠度均随边中跨比增大而增大;（5）随边中跨比增大，塔底弯矩快速增大，而边跨主缆与主跨主缆缆力均随之减小，而且边跨主缆受到影响要大于主跨主缆；2017年1月12日17:00前发到：第 17 页