大跨度桥梁复习思考题

唐茂林沈锐利

西南交通大学土木学院

2012/12/9目录

第1章概述 (1)

第2章悬索桥结构组成及构造 (1)

第3章悬索桥计算 (2)

第4章悬索桥设计 (3)

第5章悬索桥施工 (3)

第6章斜拉桥的总体布置与结构体系 (4)

第7章斜拉桥塔、索、梁构造 (5)

第8章斜拉桥的设计构思 (5)

第9章斜拉桥的设计计算 (6)

第10章斜拉桥的施工 (6)

第11章城市立交桥 (7)

第12章曲线梁桥 (7)

第13章斜梁桥 (7)

综合练习 (8)第1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？

(2).什么是自锚式结构、地锚式结构、部分地锚式结构？

(3).简述主缆材料的演变过程。

(4).简述现代悬索桥发展的历史。

(5).世界上首座采用空中编缆的悬索桥是哪座？其后在哪两座桥使得这种方法成熟？

(6).悬索桥在形成过程中产生过几大流派？各有何特点？

(7).悬索桥能建成上千米甚至几千米的原因有哪几方面？

(8).就你个人的理解，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？

(9).现代斜拉桥发展的原因是什么？

(10).第一座现代斜拉桥是哪座桥？谁设计的？

(11).以2012年12月为限，世界上最大、次大跨度的悬索桥、斜拉桥分别是哪座？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？

(12).简述斜拉桥主梁的结构体系的受力特点，说明斜拉桥能建成大跨度桥的原因。

(13).比较悬索桥和斜拉桥的相同点和不同点。

第2章悬索桥结构组成及构造

(1).悬索桥由哪几部分构件组成？各自的英文名称？哪些是主要受力构件？简述各部分的

主要功能和受力特点。

(2).对悬索桥主缆的材料性能有哪些方面的要求？

(3).钢丝绳主缆须具有哪些特性？

(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？

(5).平行丝股主缆具有哪些优点？

(6).什么是主缆的空隙率？该值有何作用？

(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。

(8).按材料的不同，桥塔可分为哪几种？

(9).按纵向刚度的不同，桥塔可分为哪几种？特点是什么？

(10).如何区分刚性桥塔、柔性桥塔悬索桥？

(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。

(12).悬索桥桥塔纵向布置、横向布置各有哪几种形式？

(13).悬索桥钢塔、混凝土塔断面形式有哪些？

(14).对于钢塔，你认为塔底与基顶应如何连接？说明传力机理。

(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断面形式？

(16).采用混凝土材料作为悬索桥的加劲梁有什么优缺点？

(17).悬索桥的锚碇有哪些组成部分？有哪几种形式的锚碇，各依靠什么来传递主缆水平力？

悬索桥有哪几种形式的锚固系统？

(18).绘图说明预制平行丝股主缆的几种常用锚固方式。

(19).悬索桥索夹和吊索的作用是什么？吊索与主缆的连接方式有哪两种？各自采用的索夹

形式是什么？吊索与加劲梁的连接方式有哪几种？

(20).悬索桥的鞍座有哪几种形式？各自的功能是什么？主缆相对于鞍座是否可以移动？设

计中如何来满足主缆在鞍座处的活动要求？

(21).悬索桥加劲梁有哪几类支座，如何设置较合理？

第3章悬索桥计算

(1).柔索计算理论的基本假定有哪些？请推导受任意荷载的悬索的静力平衡方程。

(2).试推导柔索受沿跨竖向均布荷载的线形方程和索长的精确计算公式以及索长变化与垂

度变化的关系式。

(3).试推导柔索受沿索竖向均布部荷载的线形方程。

(4).试推导柔索的变形协调方程。

(5).试推导基于挠度理论和一般的微小位移理论的悬索桥加劲梁挠度微分方程，并指出两者

的根本区别。

(6).大跨度悬索桥的非线性表现在哪几方面？如何在有限位移理论中加以考虑？

(7).基于有限位移理论的非线性问题有哪几种解法？(8).横向荷载作用下，悬索桥有哪几种分析方法？

第4章悬索桥设计

(1).你认为悬索桥的总体设计中要从哪几方面考虑？列出各参数的常用范围。

(2).主缆的跨度比对悬索桥有哪些方面的影响？

(3).悬索桥加劲梁高度是否与跨度大小有关？为什么？

(4).对于多跨悬索桥，各跨简支或者连续的优缺点是什么？

(5).缆扣有哪些形式，作用是什么？

(6).悬索桥整体的空间计算模型有哪几种？各构件用什么单元模拟？绘图示意之。

(7).简述悬索桥结构有限元分析步骤。

(8).简述悬索桥摆柱式钢塔的优缺点。

(9).简述悬索桥桥塔的设计步骤。

(10).简述主缆索股技术要求和工艺要求。

(11).悬索桥的吊索布置要考虑哪些因素？吊索设计中可能有哪些误差对结构受力产生影响？

应考虑哪些附加索力的影响？

(12).确定吊索设计长度时应考虑哪些问题，影响吊索长度的因素是什么？

(13).索夹高强螺栓预拉力损失的主要原因有哪些？

(14).试推导主缆空隙率的计算公式。

(15).悬索桥加劲梁设计应作哪些方面的计算？

(16).流线形正交异性钢桥面板箱梁中有哪几种形式的纵向加劲肋？绘图说明纵向加劲肋与

横隔板的相互关系（相交的形式）。

(17).扁平钢箱式悬索桥的上翼缘有哪些作用？简述钢桥面板设计计算的三种体系。

(18).箱形截面的应力计算有哪些项目？

(19).锚碇设计计算的项目有哪些？

第5章悬索桥施工

(1).主缆有哪几种施工方法？英文名称是什么？分别是在哪座桥发明的？(2).混凝土桥塔有哪几种施工方法？说明其特点。

(3).先导索过海（江﹑河）有哪几种方法？

(4).简述AS法的编缆过程。

(5).简述预制平行丝股法丝股的架设过程。

(6).悬索桥加劲梁的吊装方向有哪几种，绘图说明之。

(7).从吊装方式分，悬索桥加劲梁的架设方法有哪几种，绘图说明之。

(8).对不能直接吊装的加劲梁段，你认为可采用哪几种方法架设，绘图说明。

第6章斜拉桥的总体布置与结构体系

(1).简述斜拉桥的发展四代结构特点?

(2).斜拉桥的孔跨布置有哪几种形式?绘图说明之，不同形式的边中跨比的范围是多少?

(3).多塔多跨斜拉桥有哪几种形式，绘图说明之。

(4).斜拉桥辅助墩的作用是什么?

(5).斜拉索有哪几种空间布置形式? 各自的优缺点?

(6).斜拉索有哪几种立面布置形式? 各自有什么力学特点?

(7).与双索面斜拉桥相比，单索面斜拉桥有哪些优缺点，设计中应注意哪些问题？

(8).有哪几种索距布置形式?

(9).简述斜拉桥密索体系的优缺点。

(10).绘图说明斜拉索在塔上的布置形式，并说明各种形式的优缺点。

(11).斜拉桥塔梁连接形式有哪几种?绘图说明之，各自的优缺点是什么?

(12).斜拉桥有哪些形式的非连续体系？优缺点是什么？

(13).斜拉桥主梁梁高可以变化吗？密索体系的高跨比范围是多少？

(14).桥塔的纵向结构形式有哪几种？绘图说明之。

(15).桥塔的横向结构形式哪几种？绘图说明之。

(16).什么是桥塔的有效高度？桥塔合理的高跨比是什么？

(17).斜拉索的锚固张拉体系有哪几种?

(18).斜拉桥桥塔的支承体系有哪几种?

(19).如何设置斜拉桥梁体的支承?

第7章斜拉桥塔、索、梁构造

(1).斜拉桥桥塔一般可由哪些材料制作？

(2).绘图说明斜拉桥桥塔的各种形式，并说明各种形式的特点或者优缺点。

(3).斜拉桥桥塔截面形状有哪几种？

(4).斜拉桥主梁按材料类型可以分为哪几种？什么是结合梁、什么是混合梁？试绘制一个结

合梁断面并指出各构件名称。

(5).试根据斜拉桥不同的索面形式指出适合的钢梁截面形式、混凝土梁截面形式。

(6).选用斜拉索有哪些要求？斜拉索的种类有哪些？

(7).斜拉索的锚头类型有哪几种？请问热铸锚的疲劳强度大还是冷铸锚的疲劳强度大？

(8).简述斜拉索与钢梁的锚固型式及力的传递方向。

(9).简述斜拉索与混凝土主梁的锚固型式。

(10).斜拉索与混凝土桥塔的锚固型式有哪些。

第8章斜拉桥的设计构思

(1).简述斜拉桥的总体设计设计步骤。

(2).按斜拉索、塔、梁的关系可将斜拉桥结构划分为哪几种体系？简述其共同点和不同点,

如何选择结构体系。

(3).如何考虑斜拉桥的跨度布置？

(4).按材料分，斜拉桥主梁有哪些类型？各自的优缺点是什么？

(5).适应单索面、双索面的桥塔造型分别有哪些？如何选择桥塔的高度？

(6).斜拉索应符合哪些基本要求?斜拉索角度控制范围是多少?

(7).斜拉桥设计中应特别注意哪些问题？

(8).你认为斜拉桥可在哪些方面进行改进或创新?

(9).根据你的了解和认识，更大跨度斜拉桥设计施工中可能会遇到哪些问题。

第9章斜拉桥的设计计算

(1).斜拉桥的计算分析一般包含哪几类?

(2).采用微小变形理论计算分析斜拉桥时的基本假定是什么?在此理论中如何近似地考虑斜

拉索的非线性?

(3).斜拉桥计算分析的复杂性体现在哪些方面?

(4).斜拉桥静力分析理论有哪些?跨度大于300m时，最好采用何种理论进行分析？

(5).斜拉桥几何非线性体现在哪些方面？与悬索桥的几何非线性有何不同？

(6).斜拉桥的静力分析方法有哪几种？简述斜拉桥的静力分析步骤。

(7).简述斜拉桥活载的计算方法。

(8).绘图并简述斜拉桥的动力计算的空间模型。

(9).什么是斜拉桥的合理成桥状态？斜拉桥为什么有合理成桥状态的问题？什么是斜拉桥

的合理施工状态？斜拉桥合理状态实现的关键技术手段是什么？

(10).斜拉桥索力优化的概念是什么？设计中索力优化的目标是什么？

(11).确定斜拉桥索力的方法有哪些？确定并且能够优化斜拉索索力的方法有哪些？

(12).简述斜拉桥索力优化的试算过程。

(13).斜拉桥施工过程计算中有哪些关键步骤必需计算模拟？

第10章斜拉桥的施工

(1).斜拉桥主梁的施工方法有哪几种，简述其要点和适用性。

(2).斜拉桥钢塔的施工方法有哪些？混凝土桥塔施工方法有哪些？

(3).斜拉索的引架有哪几种方法？

(4).简述斜拉索索力张拉调整与控制步骤。

(5).斜拉索索力测试有哪几种方法？

(6).现代斜拉桥的斜拉索有哪几种主要形式，各种斜拉索施工方面有什么不同。

(7).与其它方法相比，采用高密度聚乙烯PE防护有什么优点？第11章城市立交桥

(1).立体交叉通常有哪些组成部分？

(2).什么是正线、匝道、冲突点、交织点？

(3).三路立体交叉、四路立体交叉各有哪些型式？

(4).简述立交桥的结构特点。

第12章曲线梁桥

(1).试绘图示意曲线梁的平面形状？

(2).简述曲线梁的力学特性。

(3).曲线梁常用分析方法有哪些。

(4).曲线梁中预应力配置有哪些特殊性？

第13章斜梁桥

(1).绘图示意斜梁桥的斜度、斜交角？

(2).根据斜度的不同可以分为哪几种斜梁？绘图示意之。

(3).什么是单跨斜支承梁、多跨斜支承梁？

(4).简述斜梁桥的力学特性。

综合练习

(1).悬索桥综合计算

如图所示的单跨加劲梁悬索桥，主跨跨径L = 630m，主缆分跨为166m+630m+166m，即边跨主缆跨径为L1 = 166m，设计矢跨比f/L = 1/10，主缆采用91股91丝的预制平行索股，钢丝直径为5.1mm，强度为1670MPa；两桥塔不等高，左塔顶鞍座IP点标高为10m，右塔顶鞍座IP点标高为1900m，左侧散索鞍IP点标高1815m，右侧散索鞍IP点标高1830m；吊索采用73丝直径为5.0的预制平行索股，强度为1670MPa，共51对吊索，编号为1#~51#，每个索夹2根吊索，吊索间距为12m，边吊索距桥塔中心线为15m；采用钢箱加劲梁，共53个梁段，编号为0~52，标准梁段长为12m，编号为1~51，左侧端梁段长度为9.1m，为0号梁段，右侧端梁段长度为7.6m，为52号梁段，梁段距桥塔中心线为0.65m，端梁支座中心线距离梁端为1.45m，加劲梁采用铰接法施工。

设计恒载如下：

①主缆沿缆恒载为14kN/m，其中包括主缆自重及防护、索夹自重；

②加劲梁一期恒载为120kN/m，其中包括加劲梁自重、吊索自重；

③加劲梁二期恒载为50kN/m，其中包括桥面铺装、防撞护栏、路缘石等；

④设计活载为公路-I级，为计算简便，计算时可忽略其中集中荷载作用，即取10.5kN/m；

⑤主缆所受风荷载为1kN/m，加劲梁为6.5kN/m，桥塔为40kN/m。

结构几何物理参数如下：

①加劲梁的几何特性面积A = 1.1345m2，横向弯曲惯性矩 I y = 72.7659 m4，竖向弯曲惯性矩I z= 1.6049 m4，扭转惯性矩I x = 4.0362 m4，形心到梁顶的距离d s = 1.1m，到梁底的距离d x = 1.9m，形心到主缆中心的距离为4.6m；

②钢材的弹性模量E g = 2×105 MPa；桥塔混凝土材料采用C50，弹性模量为E h = 3.45×104 MPa。

根据上述已知条件，试作以下解答：

①请画出一期恒载作用下吊索力的计算图示，并由此计算1#~5#吊索、47#~51#吊索的一期恒载内力以及加劲梁段0~5的弯矩；

②按抛物线理论计算主缆左、右边跨跨中在恒载状态下的垂度；指出主缆发生最大内力的截面，计算该截面在恒载状态下的内力和活载最大内力，对该位置进行恒载、活载、温度作用组合，验算该处主缆的强度（提示：已知该截面在温度作用下的最大应力为20MPa，恒载分项系数为1.1，可变作用分项系数为1.4，第二种可变荷载组合系数为0.8，材料强度分项系数为1.85）；

③按抛物线理论计算左侧端吊索对应的索夹在恒载状态下的倾角，计算端吊索在恒载状态下的抗滑安全系数（提示：索夹与主缆的摩擦系数取0.2）；对该吊索进行恒载、活载作用组合，验算该吊索的强度（提示：已知二期恒载及活载作用下该吊索的最大内力分别为160kN、400kN；恒载分项系数为1.1，可变作用分项系数为1.4，材料强度分项系数为2.2）；

④试根据抛物线理论计算在恒载作用下鞍座底部的最大压力及活载作用下鞍座底部的最大压力；

⑤忽略桥塔横向位移对加劲梁横向位移的影响，试计算加劲梁的横向位移，并验算加劲梁的横向刚度是否满足要求（提示：根据《公路悬索桥设计细则》，加劲梁在风荷载（桥面无车）作用下，最大横向位移不宜大于跨径的1/150）。

(2).悬链线与抛物线的比较

已知：两支点等高的两根悬索，跨度均为L=100m，荷载为q=100kN/m，跨中垂度f相同；求解：

①绘出当线形分别为悬链线和抛物线时，所对应的荷载分布图式；

②在f/L=0.05~0.5范围内，位置x = L/4处的两种线形差值。

(3).拉索索力调整

如图所示面积为A c、长度为L c

一根梁的跨，其中梁的弹性模量为E

的抗弯惯性矩为I，受均布荷载为q，

①假定未加载q时，拉索的张力为0，则加

载q后，拉索的张力T为多少？

②采用简支梁法调整拉索张力T，使梁跨中点的弯矩为0，试计算拉索张力T。

③以主梁弯矩平方和最小作为目标函数，优化调整主梁受力，试计算拉索张力T。

④试按刚性支承连续梁法计算拉索张力T。