分析论述题

1、分析什么情况下采用双筋矩形截面，简述其设计步骤。

答：①单筋矩形截面适筋梁的最大承载能力为。因此，当截面承受的弯矩组合设计值较大，而截面尺寸收到使用条件限制或混凝土强度又不宜提高的情况下，又出现而承载力不足时，应改用双筋截面。即在截面受压区配置钢筋来协助混凝土承担压力且将减小导，破坏时受压区钢筋应力可达到屈服强度，而受压区混凝土不致过早压碎。

    ②当梁截面承受异号弯矩时，则必须采用双筋截面。例如连续梁的内支点截面。

    ③采用受压钢筋来承受截面的部分压力，受压钢筋的存在可以提高截面的延性并可减少长期荷载作用下受弯构件的变形。

设计步骤：

①双筋截面的设计任务是确定受拉钢筋和受压钢筋的数量。利用基本公式考虑其适用条件进行设计。

已知截面尺寸、材料强度级别、弯矩计算值，求受拉钢筋面积和受压钢筋。

②已知截面尺寸，材料强度级别，受压区普通钢筋面积及布置，弯矩计算值，求受拉钢筋面积。

2、钢筋混凝土简支梁设计时需要对正截面抗弯承载力进行计算，是否需要计算斜截面抗弯承载力？

 答：在荷载作用下，受弯构件的截面将承受弯矩和剪力的作用。因此，设计受弯构件时，一般应满足下列两方面要求：

①由于弯矩的作用，构件可能沿某个正截面发生破坏，故需要进行正截面承载力计算。

②由于弯矩和剪力的共同作用，构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故还需进行斜截面承载力计算。

3、对全预应力混凝土T型截面梁，在什么截面的什么位置处应进行斜截面抗裂验算（绘示意图）？简述其斜截面抗剪承载能力设计过程。

 答：预应力混凝土梁斜截面的抗裂性验算是通过梁体混凝土主拉应力验算来控制的。主应力验算在跨径方向应选择剪力与弯矩均较大的最不利区段截面进行，且应选择计算截面重心处和宽度剧烈变化处作为计算点进行验算。

   可参考以下位置：

      距支座中心h/2（梁高一半）处的截面。

      受拉区弯起钢筋弯起处的截面，以及锚于受拉区的纵向钢筋开始不受力处的截面。

      箍筋数量或间距有改变处的截面。

      梁的肋板宽度改变处的截面。

斜截面抗剪承载力设计过程：

   ⑴对配置箍筋和弯起预应力钢筋的矩形、T形、I形截面的预应力混凝土受弯构件，斜截面抗剪承载力计算的基本表达式为

                         

   ①斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载能力设计值

   ②预应力弯起钢筋的抗剪承载力设计值

   ⑵应满足计算公式的上-截面最小尺寸、下限值-按构造要求配置箍筋。

4、对无支架施工的拱桥，宜选用较小的拱轴系数，需仔细验算裸拱阶段受力，为什么？

  答：如果拱桥采用无支架施工，裸拱的拱轴系数接近于1。一般在设计拱桥时，拱桥系数m值并不是根据裸拱重力选定，而是根据全桥恒载确定的，因此，裸拱在重力作用下，拱轴线将与压力线发生偏离。随着设计m值的增大，偏离弯矩也就越大。为了兼顾裸拱阶段的受力状态，在设计时宜选用较小的m值（对无支架或早期脱架施工的拱桥，拱轴系数一般不宜大于3.5）。

五点重合法：拱轴线与恒载压力线在拱顶、跨径四分之一点和拱脚五个点相重合。

5、简述箱梁自由扭转和约束扭转求解的理论及计算分析方法的异同。

  答：自有扭转：即箱型梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纤维无伸长缩短，自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力。

      约束扭转：当受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲，则为约束扭转。约束扭转在截面上产生翘曲正应力和约束扭转剪应力

6、拱式结构如何考虑横向分布的问题？

  答：对于拱圈宽度较小、横向刚度较大的石拱、混凝土箱板拱来说把活载在主拱圈全宽上的作用视为均匀分布，即拱圈每米宽度（或每个单元，如一个箱肋）所受的活载作用相同。这种假定基本上还是符合实际情况的。然而，对于主拱横向刚度较小的肋拱桥或宽度很大的板拱桥，这种假定是不符合实际情况的。在活载作用下，主拱各单元所受的活载不同，桥面越宽，偏差也就越大。因此必须考虑横向分布的不均匀性。

   ⑴石拱桥、混凝土箱板拱桥荷载横向分布系数。

     石拱桥的拱圈横向刚度较大，活载通过拱上建筑传至拱圈的作用在横向比较均匀，横向分布系数可假定荷载均匀分布于拱圈全部宽度上。

     对于矩形截面拱圈，常取单位拱圈宽度进行计算，则横向分布系数为：

                            

     箱板拱一般取单个拱箱肋为计算单元，则横向分布系数为：

 ⑵肋拱桥荷载横向分布系数

   对双肋拱桥，一般偏安全地用杠杆法计算。对多肋拱，拱上建筑为排架式时，其荷载横向分布系数类似于普通梁式桥。比较简单的计算方法是按弹性支撑连续梁（横梁）计算荷载横向分布系数，计算结果与实际误差平均在10%左右。

7、简述中下承式拱桥中，短吊杆与长吊杆的受力差异以及吊杆间距与拱桥跨径的关系。

  答：中、下承式拱桥还存在所谓的短吊杆问题，这些吊杆长度较短，其相对刚度较大，相应地，它比长杆承受更大的活载及活载冲击力，因此，短吊杆的内应力和应力边幅均较大，需适当增大短吊杆截面积；另一方面在温度变化的作用下，桥面产生的水平位移，大部分集中在端部短吊杆处，造成短吊杆倾斜，护套破裂，钢丝受力不均，腐蚀断裂。为此，可将短吊杆一端锚固在拱肋的顶部，以增加短吊杆长度，并在短吊杆两端设计成铰接。

吊杆为局部受力构件，其受力大小与主桥的跨径关系不大，吊杆间距一般为跨径的，多数在48m之间。

8、计算T形截面抗弯强度时，翼缘板为什么要计算有效计算宽度？该宽度和桥面板有效工作宽度有何异同？

   答：由于剪切扭转变形所引起的剪力滞效应的存在，使翼板在宽度方向上纵向压应力的分布是不均匀的，为了使简单梁理论（即平面假定）能用于T梁分析，一般采用“翼缘有效分布宽度”的方法处理。

    桥面板在局部分布荷载p的作用下，不仅直接承压部分的板带参与工作，与其相邻的部分板带也会分担一部分荷载共同参与工作。因此，在桥面板的计算中，就需要确定所谓板的有效工作宽度。

9、分析界限破坏的概念和内涵。

   答：界限破坏：当钢筋混凝土梁的受拉区钢筋达到屈服应变而开始屈服时，受压区混凝土边缘也同时达到其极限压应变而破坏。

   界限破坏是适筋截面与超筋截面的鲜明界线。

10、简述三塔四跨斜拉桥与双塔三跨斜拉桥受力特征的异同。

   答：三塔四跨斜拉桥

    中间塔顶的变位由于没有端锚索来有效的限制，致使结构柔性及变形增大，整体刚度差。

主要解决塔顶在活载作用下的水平位移、减小主梁跨中弯矩和全桥结构刚度的主要措施有：

 提高主塔（特别是中塔）及主梁的抗弯刚度；中塔顶与边塔设置斜向加劲索；在端支点和各中跨中部设置压重。

  双塔三跨式斜拉桥

端锚索：对平衡两跨间的索力差，控制塔顶变位。对控制塔顶水平位移和主梁活载内力起着关键作用。

辅助墩：可以改善结构的受力状态，提高施工期间的安全。

当辅助墩受压时，减少了边孔主梁弯矩，而受拉时则减少了中跨主梁的弯矩和挠度，从而大大提高了全桥刚度。

外边孔：可减少端锚索的应力集中，又能缓和端支点的负反力，同时，达到减少主梁和索塔的内力和位移、增强全桥刚度。

当中跨作用活载时，主梁向下挠曲，中跨斜拉索的索力增加，塔柱有向主跨弯曲的趋势；在边跨，由于端锚索比跨内斜拉索刚度大，因此，端锚索索力增大很多，而其他索索力增加不多，强大的端锚索将限制塔顶向跨中移动，使中跨主梁正弯矩及挠度减少。

当荷载作用在边跨市时，由于有边墩及辅助墩的支撑，主梁弯矩和挠度较小，引起的塔顶的水平位移也较小，从而中跨主梁负弯矩也较小。

11、请简述剪力滞效应形成的原因，并简述在设计中怎么考虑剪力滞效应。

   答：对剪力滞效应的研究，是在讨论宽翼缘的T梁翼缘有效分布宽度时。

T梁受弯曲时，在翼缘的纵向边缘上（在梁肋切开处）存在着平面内的横向力和剪力流；翼缘在横向力与偏心的边缘剪力流作用下，将产生剪切扭转变形，再也不可能与梁肋一样服从平截面假定。剪切扭转变形随翼缘在平面内的形状与沿纵向边缘剪力流的分布有关。一般而知，狭窄翼缘的剪切扭转变形不大，其受力性能接近于简单梁理论的假定，而宽翼缘因为这部分变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参与承弯工作，也即受压翼缘上的压应力随着离梁肋的距离的增加而减小，这个现象称之为剪力滞效应。

T梁：为使简单梁理论（即平面假定）能用于T梁的分析，一般采用“有效分布宽度”的方法处理。

箱梁：采用变分法和最小势能原理分析剪力滞效应，并引入剪力滞系数，描述与讨论箱梁剪力滞效应的影响。

12、平衡悬臂法施工的三跨连续梁，计算其主梁自重内力应经过哪五个主要阶段？请画出各阶段主梁自重内力计算图。

   答：⑴从1号与2号墩开始，向两边对称悬臂浇筑。⑵边跨合龙梁端架设。⑶拆除临时锚固。⑷中孔梁段合龙。⑸吊杆拆除。

    P194,平衡悬臂法施工的连续梁其主梁自重内力计算图式。

计算题

    1、某三跨等截面混凝土连续梁中支点支座发生损坏，现在需要将其进行更换，由于场地受限无法整体顶升，请分析说明顶升措施，以及该措施对主梁内力带来何种影响。

     

2、求梁B截面处的总预矩，二次矩和次预矩。

答：P274,局部配筋，（1）局部直线配筋（2）局部曲线配筋。

  预加力二次矩的讨论已经说明的问题。

（1）在超静定梁中，预加力产生的次力矩是线性的，由此引起的混凝土压力线和束筋重心线的偏离也是线性的。

（2）在超静定梁中，混凝土压力线只与束筋的梁端偏心距和束筋在跨内的形状有关，与束筋在中间支点上的偏心距无关。

  线性转换原则：保持束筋在超静定梁中的两端位置不变，保持束筋在跨内的形状不变，而只改变束筋在中间支点上的偏心距，则梁内的混凝土压力线不变。（允许在不改变结构内混凝土压力线位置的条件下调整力筋合力线的位置，以适应结构构造的要求。）

  吻合束线形：按实际荷载作用下的弯矩图形的线形变化作为预应力束筋梁内的束形布置位置。

束界：由和两条曲线所围成的布置预应力钢筋时的钢筋重心界限。

六项预应力损失：

预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失。

锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失。

钢筋与台座间的温差引起的应力损失。

混凝土弹性压缩引起的应力损失。

钢筋松弛引起的应力损失。

混凝土收缩和徐变引起的应力损失。