橋梁高等設(shè)計(jì)理論

箱型梁結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？（1）截面抗扭剛度大，具有良好的穩(wěn)定性（2）頂?shù)装寰哂休^大混凝土面積，能有效抵抗正負(fù)彎矩，并滿足配筋要求。（3）適應(yīng)現(xiàn)代化施工方法要求，如懸臂施工法，頂推法。（4）承重與傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，共同受力，截面效率高，適應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的空間布束，經(jīng)濟(jì)效果好。（5）適合于修建曲線橋。（6）不足之處：箱型結(jié)構(gòu)屬于薄壁結(jié)構(gòu)，需配置大量的構(gòu)造鋼筋。對(duì)于中等跨徑橋梁，有時(shí)用鋼量比工字梁或T梁大；對(duì)于大跨徑橋梁，箱梁屬于實(shí)腹式梁，比空腹式的桁架式結(jié)構(gòu)自重大。由于三向預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用，可采用薄壁、少肋的所謂寬箱截面，收到良好經(jīng)濟(jì)效果。試述箱型梁截面的構(gòu)造特點(diǎn)。⑴外形：由頂板、底板、肋板及梗腋組成1）頂板：除承受結(jié)構(gòu)正負(fù)彎矩外，還承受車輛荷載直接作用。對(duì)承受負(fù)彎矩為主的T形剛構(gòu)橋，在頂板需配置眾多的預(yù)應(yīng)力鋼束，為滿足布束要求，厚度一般取為18-25cm。2）底板：主要承受正負(fù)彎矩。采用懸臂施工時(shí)，梁下緣承受很大的壓應(yīng)力；同時(shí)在施工中還要承受掛籃底模板的吊點(diǎn)反力。在T形剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋中，底板厚度隨梁的負(fù)彎矩增大而加厚。底板最小厚度15cm。3）肋板：承受截面剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，并承受局部荷載產(chǎn)生的橫向彎矩，厚度需滿足布束及澆筑混凝土的要求，以及錨頭錨固的需要，翼板厚度20-35cm。大跨徑橋梁采用變厚度。4）梗腋：頂板和肋板交接處設(shè)置梗腋，以提高截面的抗扭剛度為目的設(shè)置，其斜度可按1:1，也可1:2或2:1設(shè)計(jì)。⑵箱形截面的配筋1）縱向預(yù)應(yīng)力筋：結(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋，根據(jù)正負(fù)彎矩的需要一般布置在頂板和底板內(nèi)，部分上彎或下彎而錨于肋板，以產(chǎn)生預(yù)剪力。2）橫向預(yù)應(yīng)力筋：當(dāng)箱梁肋板間距較大，或者箱的懸臂板長度較長時(shí)設(shè)置。橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋一般為直線形，布置在頂板的上下兩層鋼筋網(wǎng)間，錨固于懸臂板端。3）豎向預(yù)應(yīng)力筋：當(dāng)肋板中的剪應(yīng)力或者主拉應(yīng)力較大，配置普通鋼筋滿足不了要求時(shí)設(shè)置。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋一般下端埋入肋板混凝土，上端錨于頂板頂面。4）普通鋼筋：根據(jù)受力需要，或?yàn)榉乐购拖拗朴捎跍囟茸兓盎炷潦湛s而引起的混凝土裂縫等構(gòu)造要求，一般都配置兩層鋼筋網(wǎng)。在偏心荷載作用下，箱型梁會(huì)產(chǎn)生哪幾種變形狀態(tài)？對(duì)應(yīng)于各種變形狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)哪些應(yīng)力？在偏心荷載作用下，箱型梁將產(chǎn)生縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)、畸變及橫向撓曲四種基本變形狀態(tài)。（1）縱向彎曲：產(chǎn)生豎向變形f，在橫截面上引起縱向正應(yīng)力a和t。（2）剛性扭轉(zhuǎn)：剛性扭轉(zhuǎn)即受扭時(shí)箱型的周邊不變形。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)#0。分自由扭轉(zhuǎn)與約束扭轉(zhuǎn)。自由扭轉(zhuǎn)：只產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力tx。約束扭轉(zhuǎn)：在截面上產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力a.和約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力t。（3）畸變（即受扭時(shí)周邊變形）：畸變的主要變形特征是畸變角y。產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力a^和畸變剪應(yīng)力t。（4）橫向彎曲：畸變還會(huì)引起箱形截面各板的橫向彎曲，在板內(nèi)產(chǎn)生橫向彎曲應(yīng)力a以（縱截面上）。（5）局部荷載：車輛荷載作用于頂板，除直接受荷載部分產(chǎn)生橫向彎曲外，由于整個(gè)截面形成超靜定結(jié)構(gòu)，因而引起其它各部分也產(chǎn)生橫向彎曲，使各板的縱截面上產(chǎn)生橫向彎曲正應(yīng)力ac及剪應(yīng)力。

薄壁桿件彎曲分析的基本假定是什么？薄壁桿件尺寸限制：桿件的寬度與長度之比d/1和壁厚與寬度之比t/d均小于（或等于）0.1。基本假定：（1）平截面假定:①假定桿件變形后橫截面仍保持為平面;②變形后橫截面仍然垂直于中和軸。（2）線形假定。即應(yīng)力與應(yīng)變呈線形關(guān)系，滿足虎克定律。（3）小變形假定：即忽略桿件變形引起的二次力的影響，與假定（2）聯(lián)系，表明討論限于線彈性分析，因此適用疊加原理。（4）假定彎曲剪應(yīng)力沿壁厚均勻分布。在研究彎曲變形時(shí)，假定無扭矩作用，且軸向力沿桿軸無變化（N=常數(shù)）或等于零。對(duì)于下圖所示的開口截面，若假定剪應(yīng)力沿壁厚均勻分布，試證明截面正應(yīng)力與剪應(yīng)力之間的關(guān)系式為：色+t汶=0dsdz引入剪力流公式：q=tt，由Zz=0得TOC\o"1-5"\h\z6。dq（b+dz）tds—。tds+（q+ds）dz-qdz=06z6s得到正應(yīng)力與剪力流間的關(guān)系方程：鈕+t—~=06s6z6.何謂剪力中心？有人把剪力中心又稱為彎曲中心，為什么？薄壁（桿件）截面剪力流的合力（Q,Q）作用點(diǎn)S（x,y）成為剪力中心。各截面剪力中心Xy00的連線稱為剪力中心線。對(duì)于等截面直桿，它為與桿軸線方向平行的直線。當(dāng)橫向力作用于剪力中心線上時(shí)，由剪力中心的定義可知，該橫向力產(chǎn)生的彎曲剪應(yīng)力的合力將與此橫向力相應(yīng)的截面剪力平衡，桿件僅發(fā)生彎曲而無扭轉(zhuǎn)（X和y方向的位移u、V不等于零，扭轉(zhuǎn)角中=0），因此剪力中心又稱為彎曲中心。開口截面上任一點(diǎn)的扇形坐標(biāo)、扇形慣矩的定義如何？定義d④c=Pds，則①=j50pds并定義：I=jS0wxtds，I=js0wytdsc0cS0?w表示截面是任一點(diǎn)P的曲線坐標(biāo)s與。點(diǎn)（稱極點(diǎn)）組成的扇形面積（COP）的兩倍。當(dāng)。點(diǎn)與O點(diǎn)一定時(shí)，P點(diǎn)的位置由w唯一確定，故稱w為P點(diǎn)的扇形坐標(biāo)，而Iw及Iw則稱為截面的扇形慣積。cc”閉合截面上任一點(diǎn)的廣義扇形坐標(biāo)、廣義扇形慣矩的定義如何?定義2Ajsds_I=jwxtdsj業(yè)0tt，I=jwytdswywc為廣義扇形坐標(biāo)，I-及I一為廣義扇形慣矩。wy

何謂剪力滯現(xiàn)象？試?yán)L出薄壁箱梁的彎曲正應(yīng)力示意圖。并說明剪力滯系數(shù)的概念。I=jwxtdswc為廣義扇形坐標(biāo)，I-及I一為廣義扇形慣矩。wy在箱型梁中，產(chǎn)生彎曲的橫向力通過肋板傳遞給翼板，而剪應(yīng)力在翼板上的分布是不均勻的，在肋板與翼板的交接處最大，隨著離開肋板而逐漸減小，因此，剪切變形沿翼板的分布是不均勻的。由于翼板剪切變形的不均勻性，引起彎曲時(shí)遠(yuǎn)離肋板的翼板之縱向位移滯后于近肋板的翼板之縱向位移，所以彎曲正應(yīng)力的橫向分布呈曲線形狀。這種由于翼板的剪切變形造成的彎曲正應(yīng)力沿梁寬方向不均勻分布的現(xiàn)象稱為剪力滯現(xiàn)象或稱為剪力滯后效應(yīng)。為了簡便地描述箱型梁中剪力滯對(duì)彎曲正應(yīng)力的影響，引入剪力滯系數(shù)人的概念，.考慮剪力滯效應(yīng)求得的正應(yīng)力b人==—按梁彎曲初等理論求得的正應(yīng)力b試述微分與變分的區(qū)別。自變量不變（即X不變）而僅僅由于曲線函數(shù)的無窮小變化而引起的縱坐標(biāo)的增加稱為自變函數(shù)的變分，記為為；另外仍然用高等數(shù)學(xué)中的定義，曲線不變，由于自變量X的變化dx所引起的縱坐標(biāo)的增加稱為函數(shù)的微分，記為dy0變分法求解矩形箱梁剪力滯效應(yīng)的基本假定有哪些？寬箱梁在對(duì)稱撓曲時(shí)，上下翼板因?yàn)榧羟凶冃蔚挠绊?，已?jīng)不符合初等梁理論中變形時(shí)保持平截面的假定，用一個(gè)廣義位移即梁的撓度w（x）來描述箱梁的撓曲變形已經(jīng)不夠。在應(yīng)用最小勢(shì)能原理分析箱梁撓曲時(shí)，必須引入兩個(gè)廣義位移概念。梁的豎向撓度用w（X）表示，梁的縱向位移用u（x,y）描述。w=w（X）（1）dwu(x,y)=土h[+/y3)1—b3dwu(x,y)=土h[+/y3)1—b3\u(x)](2)'公式（2）是對(duì)E.Reissner用的二次拋物線形的修正。即假定翼板的縱向位移沿橫向?yàn)槿螔佄锞€分布，此假定符合實(shí)測(cè)結(jié)果。式（1）與式（2）是坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，它們均滿足變形協(xié)調(diào)條件。式（2）還滿足在腹板與翼板交界處（y=±b）的變形連續(xù)條件。在應(yīng)變能計(jì)算中，腹板仍然采用梁的變形（按平截面假定），不考慮腹板的剪切變形。對(duì)上下翼板，板的豎向纖維無擠壓，即豎向應(yīng)變￡=0。板平面外的剪切變形Y與Y及橫向應(yīng)變￡均很小，可忽略不計(jì)。"對(duì)于等截面梁，剪力滯效應(yīng)沿跨度方向是如何分布的（分簡支、連續(xù)兩種情況敘述）（1）簡支梁承受集中荷載時(shí)，集中力越接近支點(diǎn)，力愈大。另外，在集中力作用下，剪力滯的影響區(qū)域比較窄。簡支梁受均布荷載時(shí)，剪力滯的影響在靠近支座處最大，跨中截面受剪力滯影響較小。（2）連續(xù)梁承受均布荷載時(shí)，在正彎矩的區(qū)的剪力滯效應(yīng)與簡支梁類似；在負(fù)彎矩區(qū)，支座附近截面受剪力滯效應(yīng)影響比較大但靠近彎矩零點(diǎn)區(qū)域則出現(xiàn)負(fù)剪力滯效應(yīng)的現(xiàn)象從式（3-44）分析出現(xiàn)負(fù)剪力滯效應(yīng)的原因肋板與翼板交界處(y=±b)的彎曲剪應(yīng)力hce=±—r(M+M)當(dāng)MF與M異號(hào)時(shí)，肋板與翼板交界處的彎曲正應(yīng)力ce反而要比梁彎曲初等理論計(jì)算的值小，這就是負(fù)剪力滯效應(yīng)。自由扭轉(zhuǎn)與約束扭轉(zhuǎn)有什么區(qū)別？自由扭轉(zhuǎn)截面縱向翹曲不受約束，截面上只存在扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力而無正應(yīng)力約束扭轉(zhuǎn)除了存在自由扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力外，還有因縱向位移受約束而產(chǎn)生的附加正應(yīng)力及相應(yīng)的附加剪應(yīng)力。何為比擬法？自由扭轉(zhuǎn)分析一般采用薄膜比擬法，試列出兩者的比擬關(guān)系在自然界有一些本質(zhì)上完全不同的物理現(xiàn)象，卻可以用同樣的數(shù)學(xué)規(guī)律來描述。這樣，如果我們借助于某種試驗(yàn)或近似方法，對(duì)其中一種物理現(xiàn)象取得有關(guān)的量，從而推出另一種物理現(xiàn)象，這種方法叫比擬法。自由扭轉(zhuǎn)與薄膜之間的比擬關(guān)系:項(xiàng)目扭轉(zhuǎn)薄膜比擬關(guān)系微分方程d2wd2w5v—+—-=-2Gdx2dy2dzd2wd2wP+=—dx2dy2TPdw=2GT2z函數(shù)應(yīng)力函數(shù)w撓度ww=w一階導(dǎo)數(shù)wT=剪應(yīng)力*dyTy^合xdw斜率咨dwdxdwT=xzdydwTy^ax積分扭矩M=2ffwdxdy體積2V=2ffwdxdyM=2VZ試敘述約束扭轉(zhuǎn)分析中的基本假定薄壁桿件約束扭轉(zhuǎn)中除平截面假定、線性假定、小變形假定和周邊投影不變形假定外還有:約束扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力沿壁厚均勻分布，并且桿件縱向纖維間不存在正應(yīng)力；在約束扭轉(zhuǎn)中，桿件縱向翹曲位移w采用自由扭轉(zhuǎn)時(shí)的表達(dá)式。求梯形箱梁的畸變荷載畸變產(chǎn)生的位移包括哪幾種？等截面箱梁畸變結(jié)構(gòu)分析中采用了那些基本假定？畸變位移包括：1.橫向產(chǎn)生畸變橫撓，即垂直于各板單元平面的位移；2.縱向產(chǎn)生畸變翹曲，即因各板的橫撓而產(chǎn)生了相應(yīng)的梁軸線方向的撓曲位移。基本假定：將畸變橫撓和縱向畸變翹曲的兩種變形及相應(yīng)的力系分開考慮。組成箱梁各板沿自身平面的撓曲滿足平截面假定，可應(yīng)用初等梁理論計(jì)算其撓度和撓曲應(yīng)力；箱梁壁很薄，可以不考慮應(yīng)力沿壁厚方向的變化，即認(rèn)為翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力沿壁厚均勻分布在應(yīng)用彈性地基梁比擬求解箱梁畸變問題時(shí)，對(duì)于剪力剛性，但可以自由翹曲的橫隔板、剪力柔性，又可以自由翹曲的橫隔板、剪力剛性，又翹曲剛性的橫隔板，分別對(duì)應(yīng)于彈性地基

剪力剛性，剪力柔性，剪力剛性，梁的什么邊界條件？請(qǐng)用示意圖說明但可以自由翹曲的橫隔板，相當(dāng)于一個(gè)簡支支座;又可以自由翹曲的橫隔板，相應(yīng)于一個(gè)彈性支座;又翹曲剛性的橫隔板，相應(yīng)于一個(gè)固定支座剪力剛性，剪力柔性，剪力剛性，/人/人ZAZA/XZKZX/XZ剪力剛性，可自由翹曲的橫隔板」剪力柔性，又可自由翹曲的橫隔板剪力剛性，又翹曲剛性的橫隔板彎梁橋區(qū)別于直梁橋的主要受力特點(diǎn)有哪些？曲線橋外邊緣彎曲應(yīng)力大于內(nèi)邊緣，而在直線橋中無此特點(diǎn)；曲線橋外邊緣撓度大于內(nèi)邊緣撓度；曲線橋中無論恒載還是可變荷載都會(huì)產(chǎn)生扭矩，“彎扭耦合”現(xiàn)象在曲線橋中占重要地位。彎梁橋縱向分析的前提條件是什么？按整體截面彎梁分析寬跨比B/L較小且橫向聯(lián)結(jié)剛性較強(qiáng)的窄彎梁橋彎梁橋和直線梁橋的內(nèi)力或變形的橫向分布有何不同？答：對(duì)于直梁橋，內(nèi)力與撓度橫向分布的差別一般很小，因此常用主梁撓度橫向分布規(guī)律確定內(nèi)力的橫向分布。彎梁橋由于彎扭耦合，不存在內(nèi)力、撓度的橫向分布與荷載橫向分布之間的等效關(guān)系，因此彎梁橋中各種內(nèi)力與變形的橫向分布一般不相同。彎梁橋不僅要考慮豎向力的橫向分布，而且應(yīng)考慮扭矩的橫向分布。列舉幾種彎梁橋橫向分布的計(jì)算方法，選擇一種說明其基本假定或適用范圍。答：（1）梁格理論。假定彎梁橋結(jié)構(gòu)為彎主梁與橫梁處在彈性支承關(guān)系的格構(gòu)，利用結(jié)點(diǎn)撓度和扭角關(guān)系找出結(jié)力點(diǎn)，進(jìn)而求出橫向分布規(guī)律。（2）梁系理論。（3）比擬正交異性曲板理論。26.影響斜板橋受力的因素有哪些？斜板橋的受力特點(diǎn)如何？答：受力因素：斜交角、寬跨比、支承形式。受力特點(diǎn)：26.影響斜板橋受力的因素有哪些？斜板橋的受力特點(diǎn)如何？答：受力因素：斜交角、寬跨比、支承形式。受力特點(diǎn)：1.支承邊反力，鈍角大，銳角小。2.跨中主彎矩方向接近平行自由邊。3.鈍角負(fù)彎矩。橫向彎矩，比同等跨徑直橋大得多，沿自由邊橫向彎矩還出現(xiàn)負(fù)號(hào)。5.扭矩，銳角處有起翹趨勢(shì)。6.斜橋爬移。27斜肋梁橋受力特點(diǎn)如何？答：斜肋梁橋主要由縱向梁肋、橫隔板和橋道板等三部分構(gòu)成。（1）自重作用下，各主梁跨中撓度不在同一橫截面上，且兩側(cè)翼板存在撓度差。垂直剪力反對(duì)稱分布，反對(duì)稱剪力導(dǎo)致各主梁內(nèi)產(chǎn)生扭矩。各主梁間存在變形差。（2）活載作用下，當(dāng)橫隔板與橋軸線正交時(shí)，相鄰主梁間橫隔板長度最短，因而剛度最大，分散荷載能力相對(duì)較強(qiáng)。中橫隔板與橋軸線正交，端橫隔板與支承線平行。28.連續(xù)斜箱梁橋支座布置形式有哪些？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？1.A型——橋各個(gè)墩（臺(tái)）上均布置雙支座［圖2-&13a）］這種布置方式對(duì)于抵抗上部結(jié)構(gòu)的偏載扭定十分有利，也是在高速公路上常采用的方式。其缺點(diǎn)是:①采用的支座數(shù)量相對(duì)較多；②一般采用斜置的雙柱式橋墩,這將有損于城市立交橋的橋下美觀，若采用獨(dú)柱式墩，則要求橋墩具有較強(qiáng)的斜向抗彎剛度。B型一兩端為抗扭雙支座，中墩均為單點(diǎn)鐐支座「圖2-8-13B）］這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是可以將中間橋墩設(shè)計(jì)成獨(dú)柱式的，對(duì)于城市立交橋可以增強(qiáng)美觀，若修建于河中可以減小阻水面積;但其主要缺點(diǎn)是抵抗上部結(jié)構(gòu)的扭矩不利，因此，它一般用在跨徑不多（3~4跨），全橋不太長和橋不太寬的場合?；旌闲汀糠种卸諡閱吸c(diǎn)鉉支座，其余均為抗扭雙支座這種方式實(shí)際上是綜合了A型和B型中的優(yōu)點(diǎn)，典型的橋例如?2-8-13c）所示，它是跨越滬寧高速公路上的一座互通式立交橋,單箱雙室截面，橋?qū)?6m,跨徑為20m+2x30m+20m,制角為25。,僅中墩為獨(dú)柱式支承。梁法計(jì)—即不產(chǎn)生翹曲扭矩和翹曲雙」2N）變形后斜梁的橫截面周邊形狀保持不變，梁法計(jì)—即不產(chǎn)生翹曲扭矩和翹曲雙」2N）變形后斜梁的橫截面周邊形狀保持不變，的橫向分］B玨2時(shí)，可近畸變內(nèi)力。當(dāng)滿足L-圳|||山］||山上滬亨路2族根斜梁橋采用純扭轉(zhuǎn)理論分析的基本假定有哪些？采用剛布前提條的么頊答（1）斜梁的橫截面在變形后仍保持平似將伸梁視作不變形的剛性橫梁。預(yù)應(yīng)力效應(yīng)有哪幾種概念？答：概念一：預(yù)加應(yīng)力變混凝土為彈性材料，把預(yù)應(yīng)力混凝上當(dāng)彈性材料看待，以便按其彈性應(yīng)力來進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。應(yīng)力概念概念二：預(yù)加應(yīng)力為了使高強(qiáng)度鋼筋和混凝土相結(jié)合，把預(yù)應(yīng)力混凝土看成和鋼筋混凝土類似的東西而研究其極限強(qiáng)度（極限承載力），稱為‘強(qiáng)度概念’。概念三：預(yù)加應(yīng)力實(shí)現(xiàn)荷載平衡，把預(yù)應(yīng)力混凝土主要看作企圖抵消結(jié)構(gòu)上部分荷載作用，即平衡掉部分荷載的產(chǎn)物。抵消荷載作用的概念。預(yù)應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力施加階段、正常使用階段和極限承載階段各有何特點(diǎn)？答：（1）預(yù)應(yīng)力施加階段可將