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1、大跨桥梁及城市桥梁习题集第一章 概述 （1）什么是缆索承重桥梁，典型的缆索承重桥型有哪些？参考P1 跨越的主要承力结构是由抗弯刚度很小的几乎只能受拉的构件组成，具有抗弯刚度的梁被等间距或不等间距的受拉构件竖向或斜向悬吊，在桥梁结构活载作用下，成为具有多点弹性支承的结构。在这类结构中，受拉构件被称为缆索，支承受拉构件的结构被称为桥塔，这类桥梁统称为缆索承重桥梁。主要形式为悬索桥及斜拉桥。 （2）什么是自锚式结构、地锚式以及部分自锚式结构？参考P1 在缆索承重桥梁中，主要承力构件的拉力可传递到地面的锚固体中或直接传递到纵桥向布置的梁中，前者为地锚式，后者为自锚式。在有些情况下，受拉构件采用部分地锚
2、，部分自锚，这类机构被称为部分地锚式结构。 （3）简述主缆材料的演变过程？参考P2 早期热带区域的原始人，利用森林中的藤、竹、树茎做成悬式桥以跨越小溪、峡谷等。 公元前50年，我国四川出现了跨度近100m的铁索桥，18世纪，英国人建成了铁链悬索桥，19世纪，法国人用冷拔铁丝建成了首座永久性桥梁。由于细钢丝有效防腐困难，19世纪有一段时间用双眼铰接杆作为悬索桥的主缆。19世纪末至今，钢缆绳、钢绞线和钢丝等现代钢材被应用于主缆。 （4）简述现代悬索桥发展历史？ 世界范围看，有四次高峰（细节参考第六题） 1、20世纪30年代，美国2、20世纪60年代欧美3、20世纪70年代，日本 4、20世纪90年
3、代至今，中国 （5）世界上首座采用空中编缆法的悬索桥是哪座？其后哪两种桥使得这种方法成熟？参考 布鲁克林大桥（BC1883，486m），威廉姆斯堡桥（BC1903，488m）及曼哈顿桥（BC1909,448m） （6）悬索桥在形成过程中产生几大流派？各有何特点？绘图示意之 1、美式悬索桥，（1）采用空中编缆法法)架设成缆; 2)桥塔采用钢结构, 使用铆钉连接或螺栓连接; 3)吊索采用竖直 4 股骑挂式钢丝绳; 4) 索夹分左右两半, 在其上下采用水平高强螺栓连接; 5) 鞍座采用大型铸钢件、 辊轴滑移支承;6)加劲梁采用非连续体系的钢桁梁,桥面采用钢筋混凝土板。 2.英式悬索桥1) 桥塔采用焊
4、接钢结构或钢筋混凝土结构; 2) 吊索为两端销接的斜向布置; 3)索夹分为上下两半, 两侧采用高强度螺栓连接; 4)加劲梁为流线形扁平箱梁。 3.日式悬索桥1) 主缆采用预制平行索股法( PPWS 法) 架设成缆; 2) 吊索沿用美式竖向 4 股骑挂式钢丝绳; 3) 桥塔采用钢结构, 主要采用焊接,少数采用螺栓连接; 4) 鞍座采用铸焊混合式; 5)加劲梁主要沿袭美式钢桁梁形式, 且在下层布置铁路; 少数公路桥亦采用英式流线形箱梁结构。 4.中式悬索桥1)主缆除我国香港青马大桥外, 均采用预制平行索股法架设。空中编缆法的编缆设备一次性投入比较大, 我国此方面的施工经验又很少, 预制平行索股法可
5、节省架设时间, 提高索股质量所以目前国内修建的悬索桥均采用此法。2) 吊索多采用两端销接的竖向布置。英式的斜吊索在总体布置上形成螺旋形, 可以提高振动阻尼,但易引起吊索的疲劳问题,因而,我国依然采用竖直吊索的形式。3) 索夹多为上下两半, 两侧采用高强螺栓连接。4桥塔采用混凝土结构。我国钢材价格偏高, 人工费用很低, 地震发生频率不高, 故多采用混凝土桥塔。实践证明,混凝土桥塔对大跨度悬索桥同样具有适用性和竞争力。5) 加劲梁多采用流线形扁平箱梁结构。此种结构能使吹到梁侧面的风分为上、下两股,较为平顺地沿平面流过, 几乎不产生涡流。 （7）悬索桥能够建成一千米至几千米的原因有哪些？参考P4，P
6、5 主要承重构件悬索受拉，受力方式非常合理。 悬索桥与其他桥型相比，在大跨的时候恒载与活载之比较小，自重小，用料省。 悬索中恒载拉力远大于活载值，一般不考虑疲劳，可用高强钢丝制成悬索，使与极限跨径有关的/比值最大。 （8）就你个人理解，认为可对大跨度悬索桥结构进行哪些方面的改进，或者可在哪些方面进行创新？ 通过改变断面的外形，增加特定的水平和横向辅助索来改善悬索桥的抗风稳定性能。 （9）现代斜拉桥发展的原因是什么？参考P14，P15 对200-500m跨度最有竞争力；景观方面的新颖感；新材料研发的配合；设计理论、计算技术和试验技术的进步；施工技术的进步；整体桥面的开发与配合； （10）第一座现
7、代斜拉桥是哪座桥？谁设计的？参考P13 德国人迪辛格设计的瑞典斯德罗姆海湾桥（182.6m，钢板梁，钢筋混凝土桥面板） （11）以2012年12月为限，世界上最大的、次大跨度的悬索桥、斜拉桥分别是哪座？在我国最大跨度的悬索桥、斜拉桥是哪座？这些桥的特征是什么？参考P11,12,13 世界上最大跨度的悬索桥明石海峡大桥（1991m，桁梁），次大悬索桥舟山西堠门大桥（1650m，两跨悬吊，分体式钢箱梁悬索桥）；世界上最大跨度的斜拉桥为海参崴俄罗斯岛跨海大桥（1104m，20120703通车，钢箱梁），次大跨度的斜拉桥苏通大桥（1088m，钢梁，混凝土塔） （12）比较悬索桥和斜拉桥的相同点和不同点
8、，参考P15 相同点：都属于缆索承重结构，缆索采用高强度材料，受力方式合理，比较经济； 两种结构经济范围都是大跨度，斜拉桥经济跨度大于200m，悬索桥经济跨度大于600m； 两种桥式的柔度大，变形大，其抗风和抗震问题都必须重视 不同点：结构受力方面，悬索桥主要靠主缆承受荷载，斜拉桥由斜拉索与主梁共同承力，主梁刚度大小对结构刚度有较大影响，悬索桥只有通过调整矢跨比才能改变主缆内力，斜拉桥通过直接张拉斜拉索就能调整索横在内力。 材料方面：悬索桥主要是用钢材，斜拉桥可用钢材可用混凝土，也可用结合梁 刚度方面：悬索桥竖向刚度主要由主缆提供，调整其竖向刚度的方法主要靠调整主缆中的恒载拉力；斜拉桥的竖向刚
9、度由斜拉索与加劲梁提供，通过改变结构的布置形式来调整其竖向刚度。 施工方面：悬索桥的施工顺序是塔、主缆、吊索、加劲梁，施工期间结构整体性差，施工需要大型机械，施工技艺要求高；斜拉桥的施工塔、梁、斜拉索可交替同时向前施工，施工时可改变结构的体系来保证安全，相对来说，斜拉桥的机械、工艺要求比悬索桥低。 第二章 悬索桥构造及组成 1、悬索桥由哪几部分组成？各自的英文名称？哪些是主要受力构件？简述各部分主要功能及受力特点。 悬索桥主要由锚碇、桥塔、缆索系统、加劲梁及附属结构五大部分组成。缆索系统包括主缆、索夹、吊索、主索鞍和散索鞍等。其中主缆由叫大缆，是主要承力构件。 主缆（cables），以索塔及支
10、墩为支撑，两端锚固，并传递拉力于锚碇通过吊索连接加劲梁，承受拉力。 桥塔（towers，pylon），用以支承主缆并将荷载作用通过基础传递给地基。在恒载时主要以承受压力为主，在活载作用下，需要能承受压力和弯矩，多数情况下为小偏心构件。 锚碇（anchorages），锚固主缆索股，承受主缆拉力，支承与地基上或嵌固与岩体中的结构。 加劲梁（stiffening girders，suspended structures），直接承受汽车、人群荷载并传递给吊索、塔墩的梁体结构。大跨度悬索桥的加劲梁不是悬索桥的主要承力构件。 吊索（hangers，suspenders），连接主缆与加劲梁的构件。受拉。 索
11、夹（cable bands），紧固主缆并连接主缆与吊索的构件。 鞍座（saddle），支承主缆并使主缆索股平顺地改变方向的构件。 2、对悬索桥主缆的材料性能有哪些方面的要求？ （1）单位有效截面的拉力强度大；（2）截面密度大；（3）结构延伸率小；（4）弹性模量大； （5）疲劳强度大，徐变小；（6）容易运输，易于架设；（7）锚固和防锈容易；（8）价格便宜 3、钢丝绳主缆须具有哪些特性？ （1）截面构成上，主缆用钢丝绳不许使用麻芯绳；（2）为了消除结构延伸，悬索桥用钢丝绳必须全部预施拉应力，预应力的荷载应为破断力的1/2，并持续2小时；（3）除了如封闭式钢丝绳那样的特殊情况，对钢丝必须施加熔镀锌；
12、（4）要保证钢丝绳的回扭性小。 4、对平行丝股主缆为什么要进行有序的排列？你认为何种形状的排列最容易达到目的？ 减少主缆直径，提高弹性模量；圆形、方形、六边形 5、平行丝股具有哪些优点？ （1）中央跨在500米以上时，工费比其他形式便宜；（2）主缆弹性模量大；（3）主缆延伸率小，因此加劲梁的挠度和弯矩也较小；（4）主缆截面内的应力分布非常均匀；（5）单位有效截面积的拉力强度与其他形式相比为最大，疲劳强度也大；（6）索夹的设计容易，与此同时主缆的附件也可以小些； 缺点：（1）因为主缆的刚度大，2次弯曲应力就大些；（2）主缆的架设工期长；（3）因为钢丝的长度有限，所以必须形成特殊的接头 6、什么是
13、主缆的空隙率，该值有何作用？ 空隙率=（主缆截面面积-钢丝截面面积）/主缆截面面积 在设计索夹时，要考虑截面的空隙率 7、选择主缆的安全系数时要考虑哪些因素？悬索桥跨度越大，是否应该取更大的安全系数，说明理由。 主缆的安全系数主要由下列因素决定：（1）主缆的构造；（2）计算应力的计算精度；（3）计算应力与活载应力之比；（4）二次应力的影响；（5）应力不均匀性的程度；（6）结构物的重要性。 8、按材料的不同，桥塔可分为几种？ 圬工桥塔、钢筋混凝土桥塔、钢桥塔和钢与混凝土混合桥塔 9、按纵向刚度的不同，桥塔可分为哪几种？特点是什么？ 柔性塔，塔顶构造简单，维修省事，由塔的弹性变形来满足塔顶主缆的纵
14、向线位移要求。对柔性塔，主鞍座与塔顶固结，无相对位移。 刚性塔，对小跨度悬索桥，为减小刚性塔的受力，常在塔顶设辊轴或摆式支座，使索鞍能够相对于塔顶活动，从而实现主缆的纵向线位移。 摆柱式塔，此种塔在塔底设铰，大大减少塔所受弯矩。 10、如何区分刚性桥塔、柔性桥塔悬索桥？ 如果将主鞍座与塔顶纵向约束，塔顶的纵向总刚度中由桥塔提供的不到总值的20%，这种桥塔可认为是柔性桥塔；反之则是刚性桥塔。 （11）大跨度悬索桥的桥塔顺桥向刚度是否越大越好？说明原因。 悬索桥是超静定结构，桥塔刚度越大，塔身所受弯矩就越大，需要材料就越多，因此桥塔刚度并不是越大越好。 （12）悬索桥桥塔纵向、横向布置各有哪几种形
15、式？ 纵向一般采用单柱形式，只有在要求桥塔有较大纵向刚度时，才考虑用倒Y形，或倒A形纵向结构。桥塔在横向一般采用双柱门式结构形式。双柱之间的横向联系又有刚构式，桁架式，混合式。 （13）悬索桥钢塔、混凝土塔断面形式有哪些? 钢桥塔断面常呈十字型或T形，混凝土桥塔多设计成薄壁箱型结构，沿高度方向截面尺寸逐渐改变，而壁厚除塔底和横系梁处外，一般保持不变。 （14）对于钢桥塔、你认为塔底与基顶应如何连接？说明传力机理。P25 塔柱与塔墩之间一般通过塔顶的一块厚钢板将来自塔柱的内力分布传递到塔墩的混凝土顶面。通过伸入混凝土的锚柱将底节塔与墩连接起来。一般锚杆是用高强锚杆，在基顶节还专门设有锚固构架。也有直接将底节塔埋入混凝土中的，在埋入段外板上焊有剪切板，外板和剪切板上均焊有带头锚杆。剪切板和带头锚杆承受由塔柱传下的垂直力，对弯矩和剪力则在锚固螺杆中施加预应力后与混凝土构成整体承受。 (15)采用钢加劲梁和混凝土加劲梁的悬索桥断面各有哪几种形式？ 钢结构的有钢板梁，钢桁梁，流线型钢箱梁和分体式钢箱梁；混凝土加劲梁的截面有箱型和板式等形式。 （16）采用混凝土材料作为悬索桥的加劲梁有什么优缺点？ 优点：重力刚度大，风稳性能好，节省钢材，工程费用低； 缺
