1、2011年同濟(jì)大學(xué)碩士研究生鋼橋考試一、 參考答案1. 破壞機(jī)理1) 強(qiáng)度破壞：結(jié)構(gòu)在不發(fā)生整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)的條件下，內(nèi)力將隨荷載的增加而增加，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面上的內(nèi)力達(dá)到截面的承載力并使結(jié)構(gòu)形成機(jī)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)就喪失承載力而破壞，這類破壞稱為強(qiáng)度破壞。一般由受拉和受彎引起。強(qiáng)度破壞一般經(jīng)歷以下階段：首先，截面邊緣達(dá)到材料屈服點，其次構(gòu)件進(jìn)入塑性變形，出現(xiàn)塑性鉸，當(dāng)其使結(jié)構(gòu)和其局部形成機(jī)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)喪失承載力破壞。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞時會出現(xiàn)明顯變形，也稱塑性破壞或延性破壞。2) 穩(wěn)定破壞：結(jié)構(gòu)上的外荷載尚未達(dá)到按強(qiáng)度計算得到的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞荷載時，結(jié)構(gòu)已不能承擔(dān)并產(chǎn)生較大的變形，整個結(jié)構(gòu)偏離原來的平衡位置而

2、倒塌，這稱為整體失穩(wěn)。局部失穩(wěn)為結(jié)構(gòu)在保持整體穩(wěn)定的條件下，結(jié)構(gòu)中局部構(gòu)件已不能承受外荷載作用而失去穩(wěn)定。穩(wěn)定問題是一個變形問題，主要由于外荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)部抵抗力之間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即變形急劇增長狀態(tài)。3) 疲勞破壞：鋼材在連續(xù)反復(fù)荷載作用下，應(yīng)力低于極限強(qiáng)度，甚至于屈服強(qiáng)度發(fā)生的破壞，稱為疲勞破壞，其為反復(fù)荷載下的脆性破壞，是經(jīng)過長時間發(fā)展過程才出現(xiàn)的。一般分為三個階段，即裂紋形成、裂紋緩慢擴(kuò)展、迅速斷裂破壞。由于鋼本身的微小缺陷，加之內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻和應(yīng)力分布不均使長期荷載作用下發(fā)生破壞。由此可知：強(qiáng)度破壞是一個應(yīng)力問題，是鋼材達(dá)到極限強(qiáng)度而產(chǎn)生的塑性破壞，有較長的變形時間；穩(wěn)定破壞是一個變

3、形問題，是構(gòu)件喪失保持穩(wěn)定平衡的能力，有較大的變形產(chǎn)生；疲勞破壞是反復(fù)荷載下的脆性破壞，比較突然，無預(yù)兆性。2. 設(shè)計荷載強(qiáng)度破壞設(shè)計荷載使用加載最不利時的實際荷載，包含恒載，活載等；穩(wěn)定破壞設(shè)計荷載，包括整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定，使用加載最不利時的荷載，包含恒載，活載等；疲勞破壞設(shè)計荷載使用可變荷載計算。疲勞荷載模型有三種，一種為用于橋梁整體構(gòu)件疲勞驗算，使用規(guī)范規(guī)定等效車道荷載；第二種模型為構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞驗算，使用規(guī)范規(guī)定的疲勞車模型；第三種采用實橋交通調(diào)查數(shù)據(jù)作為荷載的依據(jù)。二、 參考答案由題意知，疲勞設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載經(jīng)過U肋時，會產(chǎn)生三種應(yīng)力幅，分別記為，。U肋的跨中彎矩影響線如下圖2-1所

4、示：圖2-1 U肋跨中彎矩影響線1. 計算應(yīng)力幅：當(dāng)車輛荷載前輪單獨作用時當(dāng)車輛荷載中間輪單獨作用時當(dāng)車輛荷載后兩輪同時作用時由此可得，一輛車通過時，U肋跨中焊縫處應(yīng)力變化如圖2-2所示：圖2-2 U肋跨中焊縫應(yīng)力變化圖2. 計算S-N參數(shù)及公式： 當(dāng)次時， ，即，將，代入得：則此時：當(dāng)次時， 當(dāng)次時， ，即，將，代入得：則此時：當(dāng)次時，3. 計算，應(yīng)力幅下疲勞壽命：當(dāng)應(yīng)力幅為時：次；當(dāng)應(yīng)力幅為時：次；當(dāng)應(yīng)力幅為時：次；4. 應(yīng)力幅100年內(nèi)作用次數(shù)：次5. 計算疲勞損傷度：由Minner準(zhǔn)則：則橋梁運(yùn)營100年時U型加勁肋跨中焊縫處的疲勞損傷度為20.8。三、參考答案（一）中跨跨中最大抗彎承

5、載力計算（1）考慮剪力滯影響的翼緣有效截面（取箱梁一半截面計算）受彎桿件的設(shè)計與計算應(yīng)考慮剪力滯的影響，連續(xù)箱梁橋跨中的翼緣有效寬度be按下式計算：式中：翼緣有效寬度； b 腹板間距的1/2，或翼緣外伸肢為伸臂部分的寬度； 等效跨長。根據(jù)規(guī)范，取，計算得： 箱梁頂板懸臂部分：；箱內(nèi)部分：；箱間部分：； 箱梁底板懸臂部分：；箱內(nèi)部分：；（2）考慮受壓翼緣局部穩(wěn)定的有效截面（取箱梁一半截面計算）因連續(xù)箱梁中跨跨中上翼緣受壓，故取上翼緣計算受壓翼緣懸臂部分橫隔板間距：a=3000mm， 因，則因，所以局部穩(wěn)定折減系數(shù)： 受壓翼緣箱內(nèi)部分簡化計算U型加勁肋慣性距：橫隔板間距：a=3000mm， 因，則

6、因，所以局部穩(wěn)定折減系數(shù)： 受壓翼緣箱間部分簡化計算U型加勁肋慣性距：橫隔板間距：a=3000mm， 因，則因，所以局部穩(wěn)定折減系數(shù)： （3）考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面受壓翼緣懸臂部分： 受壓翼緣箱內(nèi)部分： 受壓翼緣箱間部分： （4）同時考慮剪力滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效寬度 受壓翼緣懸臂部分 受壓翼緣箱內(nèi)部分 受壓翼緣箱間部分 （5）計算最大抗彎承載力簡化箱梁為下圖3-1所示的工字梁，忽略加勁肋剛度，計算截面特性：頂板：，；腹板：，；底板：，；圖3-1 截面簡化示意圖易知，箱梁截面由上翼緣控制設(shè)計：整個箱梁在中跨跨中最大抗彎承載力為（二）中間支點斷面最大抗彎承載力計算（1）考

7、慮剪力滯影響的翼緣有效截面（取箱梁一半截面計算）受彎桿件的設(shè)計與計算應(yīng)考慮剪力滯的影響，連續(xù)箱梁橋支點的翼緣有效寬度be按下式計算：式中：翼緣有效寬度； b 腹板間距的1/2，或翼緣外伸肢為伸臂部分的寬度； 等效跨長。根據(jù)規(guī)范，取，計算得： 箱梁頂板懸臂部分：；箱內(nèi)部分：；箱間部分：； 箱梁底板懸臂部分：；箱內(nèi)部分：；（2）考慮受壓翼緣局部穩(wěn)定的有效截面（取箱梁一半截面計算）因連續(xù)箱梁中支點下翼緣受壓，故取下翼緣計算簡化計算U型加勁肋慣性距：橫隔板間距：a=3000mm， 因，則因，所以局部穩(wěn)定折減系數(shù)： （3）考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效截面（4）同時考慮剪力滯和受壓加勁板局部穩(wěn)定影響的有效寬度 （5）計算最大抗彎承載力簡化箱梁為下圖3-2所示的工字梁，忽略加勁肋剛度，計算截面特性：頂板：，；腹板：，；底板：，；圖3-2 截面簡化示意圖易知，箱梁截面由下翼