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[注册结构工程师考试密押题库与答案解析]一、二级注册结构工程师专业部分分类真题桥梁结构
一、二级注册结构工程师专业部分分类真题桥梁结构
单项选择题
设计安全等级为二级的某公路桥梁,由多跨简支梁组成,其总体布置如图所示。
每孔跨径25m,计算跨径24m,桥梁总宽10.5m,行车道宽度为8.0m,两侧各设1m宽人行步道,双向行驶两列汽车。
每孔上部结构采用预应力混凝土箱梁,桥墩上设置4个支座,支座的横桥向中心距为4.5m。
桥墩支承在基岩上,由混凝土独柱墩身和带悬臂的盖梁组成。
计算荷载:
公路一Ⅰ级,人群荷载3.0kN/m2;混凝土的重度按25kN/m3计算。
1.判定公路—Ⅰ级汽车车道荷载的冲击系数
若该桥箱梁混凝土强度等级采用C40,弹性模量Ec=3.25×104MPa,箱梁跨中横截面面积A=5.3m2,惯性矩Ic=1.5m4。
试问:
公路—Ⅰ级汽车车道荷载的冲击系数μ与下列何项数值最为接近?
提示:
(1)按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)计算;
(2)重力加速度g=10m/s2。
A.0.08
B.0.18
C.0.28
D.0.38
答案:
C[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.3.2条条文说明中的公式(4-4),
根据式(4-3),简支梁桥自振频率
其中EcIc=3.25×1010×1.5=4.875×1010(N·m2)
则有
根据《通用桥规》第4.3.2条第5款,当1.5Hz≤f≤14Hz时,有
μ=0.1767lnf-0.0157=0.1767×ln5.228-0.0157=0.276
(1)设计安全等级为二级;
(2)计算跨径24m;(3)双向行驶二列汽车;(4)桥墩上设立4个支座,支座的横桥向中心距为4.5m;(5)公路—Ⅰ级;(6)混凝土的重度按25kN/m3计算;(7)箱梁跨中横截面面积A=5.3m2,惯性矩Ic=1.5m4。
[考点]
(1)简支梁桥自振频率;
(2)1.5Hz≤f≤14Hz时,冲击系数μ的计算式。
2.主梁跨中截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的弯矩标准值
假定冲击系数μ=0.2,试问:
该桥主梁跨中截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的弯矩标准值MQk(kN·m)应与下列何项数值最为接近?
提示:
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)计算。
A.5500
B.2750
C.2300
D.4580
答案:
A[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.3.1条第4款,
公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值qk=10.5kN/m
桥梁计算跨径24m,则集中荷载
根据《通用桥规》第4.1.6条,双车道n=2,主梁跨中截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的弯矩标准值
如果未考虑到是双车道,则有
,错选B。
如果未考虑到冲击系数μ=0.2,也未考虑双车道,则有
,错选C。
如果未考虑到冲击系数μ=0.2,但考虑了双车道,则有
,错选D。
(1)假定冲击系数μ=0.2;
(2)计算跨径24m;(3)公路—Ⅰ级;(4)弯矩标准值MQk。
[考点]
(1)公路—Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值的取值;
(2)集中荷载的取值;(3)多车道荷载的取值;(4)桥梁跨径与其计算跨径的区别。
3.主梁支点截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的家里标准值
假定冲击系数μ=0.2,试问:
该桥主梁支点截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的剪力标准值VQk(kN)应与下列何项数值最为接近?
提示:
(1)假定公路—Ⅰ级汽车车道荷载qk=10.5kN/m,Pk=256kN,μ=0.2;
(2)按加载长度近似值取24m计算。
A.525
B.1040
C.900
D.450
答案:
B[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.3.1条,集中荷载在计算剪力效应时的增大系数1.2;
根据《通用桥规》第4.1.6条,双车道n=2,主梁支点截面在公路—Ⅰ级汽车车道荷载作用下的剪力标准值
如果未考虑到是双车道,但考虑冲击系数μ=0.2,则有
,错选A。
如果考虑到是双车道,但未考虑冲击系数μ=0.2,则有
,错选C。
如果未考虑到是双车道,也未考虑冲击系数μ=0.2,则有
,错选D。
(1)假定冲击系数μ=0.2;
(2)主梁支点截面;(3)车道荷载作用下的剪力标准值VQk(kN)。
[考点]
(1)多车道剪力组合值;
(2)公路—Ⅰ级汽车车道荷载;(3)汽车车道荷载加载长度的概念;(4)集中荷载在计算剪力效应时的增大系数。
4.主梁支点截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的剪力组合设计值
假定该桥主梁支点截面由全部恒载产生的剪力标准值VGk=2000kN,汽车车道荷载产生的剪力标准值VQ1k=800kN(已含冲击系数μ=0.2),步道人群产生的剪力标准值VQjk=150kN。
试问:
在持久状况下按承载力极限状态计算,该桥主梁支点截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的剪力组合设计值Vd(kN)应与下列何项数值最为接近?
提示:
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)计算。
A.3730
B.3690
C.4060
D.3920
答案:
B[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.1.6条,设计安全等级为二级的公路桥梁,结构重要性系数γ0=1.0。
永久作用效的分项系数γG=1.20,汽车作用效应的分项系数),γQ1=1.40,人群作用效应的分项系数γQj=1.40;除汽车以外的可变作用,仅有人群荷载,则组合系数。
桥主梁支点截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的剪力组合设计值
如果取,则有
Vd=∑γGVGk+γQ1VQ1k+∑γQjVQjk
=1.2×2000+1.4×800+1.0×1.4×150=3730(kN),错选A。
如果重复考虑了冲击系数μ=0.2,取=1.0,则有
Vd=∑γGVGk+γQ1VQ1k(1+μ)+∑γQjVQjk
=1.2×2000+1.4×800×1.2+0.8×1.4×150=3912(kN),错选D。
(1)设计安全等级为二级;
(2)全部恒载产生的剪力标准值VGik=2000kN;(3)车道荷载产生的剪力标准值VQ1k=800kN;(4)已含冲击系数μ=0.2;(5)共同作用产生的剪力组合设计值Vd;(6)主梁支点截面。
[考点]
(1)是否考虑汽车冲击系数;
(2)持久状况下的荷载组合及组合系数。
5.主梁跨中截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的短期效应组合设计值
假定该桥主梁跨中截面由全部恒载产生的弯矩标准值MGk=11000kN·m,汽车车道荷载产生的弯矩标准值MQik=5000kN·m(已含冲击系数μ=0.2),人群荷载的弯矩标准值MQjk=500kN·m。
试问:
在持久状况下,按正常使用极限状态计算,该桥主梁跨中截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的短期效应组合设计值Msd(kN·m)与下列何项数值最为接近?
提示:
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)计算,不计风载、温度及其他可变作用。
A.14400
B.15000
C.14850
D.16500
答案:
A[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.1.7条第1款,应不计汽车荷载的冲击系数μ=0.2,汽车荷载的组合系数取为,人群荷载的组合系数取为。
主梁跨中截面由恒载、汽车车道荷载及人群荷载共同作用产生的短期效应组合设计值
如果未注意题目中已经考虑冲击系数μ=0.2,则
Msd=MGk+MQik=11000+(0.7×5000+1.0×500)=15000(kN·m),错选B。
如果未注意题目中已经考虑冲击系数μ=0.2,与人群荷载的组合系数取为=0.7,则
Msd=MGk+MQik=11000+(0.7×5000+0.7×500)=14850(kN·m),错选C。
如果未注意题目中已经考虑冲击系数μ=0.2,与汽车荷载的组合系数取为=1.0,则
Msd=MGk+MQik=11000+(1.0×5000+1.0×500)=16500(kN·m),错选D。
(1)已含冲击系数μ=0.2;
(2)在持久状况下;(3)正常使用极限状态计算;(4)短期效应组合设计值。
[考点]
(1)是否应考虑汽车冲击系数;
(2)持久状况下的短期效应组合计算。
6.持久状况计算主梁跨中截面在使用阶段的正截面混凝土下缘的法向应力
假定该桥主梁跨中截面由全部恒载产生的弯矩标准值MGk=11000kN·m,汽车车道荷载产生的弯矩标准值MQik=5000kN·m(已含冲击系数μ=0.2),人群荷载的弯矩标准值MQjk=500kN·m;永久有效预加力荷载产生的轴向标准值Np=15000kN,主梁净截面重心至预应力钢筋合力点的距离epn=1.0m(截面重心以下)。
试问:
按持久状况计算该桥主梁跨中截面在使用阶段的正截面混凝土下缘的法向应力(MPa)应与下列何项数值最为接近?
提示:
(1)按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)计算;
(2)计算恒载、汽车车道荷载、人群荷载及预加力荷载产生的应力时,均取主梁跨中截面面积A=5.3m2,惯性矩I=1.5m4,截面重心至下缘距离y=1.15m;(3)按后张法预应力混凝土构件计算。
A.27
B.14.3
C.12.6
D.1.7
答案:
D[解析]根据《混凝土桥规》(JTGD62—2004)第7.1.1条,应考虑汽车荷载冲击系数。
根据《混凝土桥规》第7.1.3条,使用阶段由恒载、汽车车道荷载以及人群荷载产生的弯矩标准值产生主梁跨中截面下缘的法向应力。
I0=I=1.5m4,y0=y=1.15m
混凝土法向拉应力
根据《混凝土桥规》第6.1.5条,永久有效预加力产生的主梁跨中截面下缘的法向应力为
则主梁跨中截面在使用阶段的正截面混凝土下缘的法向应力
σc=σkt+σlc=14.33-12.65=1.68(MPa)
(1)永久有效预加力荷载产生的轴向标准值;
(2)epn=1.0m(截面重心以下);(3)在使用阶段的正截面混凝土下缘的法向应力;(4)按后张法预应力混凝土构件计算。
[考点]
(1)使用阶段的法向应力的计算;
(2)有效预加力的计算;(3)是否考虑汽车冲击系数。
7.作用效应是否计入汽车车道活载冲击系数和预应力次效应
当对某预应力混凝土连续梁进行持久状况下承载能力极限状态计算时,下列关于作用效应是否计入汽车车道荷载冲击系数和预应力次效应的不同意见,其中何项正确?
并简述其理由。
提示:
按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)判定。
A.二者全计入
B.前者计入,后者不计入
C.前者不计入,后者计入
D.二者均不计入
答案:
A[解析]根据《混凝土桥规》(JTGD62—2004)第5.1.5条,在进行桥梁结构的持久状况下承载能力极限状态计算时,应计入汽车车道活载冲击系数μ;同时,对预应力混凝土连续梁进行持久状态下承载能力极限状态计算时,应考虑预应力次效应。
(1)预应力混凝土连续梁;
(2)持久状况下承载能力极限状态;(3)是否计入汽车车道活载冲击系数;(4)预应力次效应。
[考点]
(1)是否应计入汽车车道活载冲击系数;
(2)预应力次效应。
8.公路桥涵的设计基准期
试问:
下列关于公路桥涵设计基准期的几种主张,其中何项正确?
并简述其理由。
A.100年
B.80年
C.50年
D.25年
答案:
A[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第1.0.6条,公路桥涵结构的设计基准期应为100年。
(1)公路桥涵;
(2)设计基准期。
[考点]
(1)公路桥涵的设计基准期;
(2)与房建工程设计基准期的区别。
某一级公路设计行车速度V=100km/h,双向六车道,汽车荷载采用公路—Ⅰ级。
其公路上有一座计算跨径为40m的预应力混凝土箱形简支梁桥,采用上、下双幅分离式横断面行驶。
混凝土强度等级为C50。
横断面布置如图所示。
提示:
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)进行计算。
9.计算汽车设计车道荷载时,桥梁设计车道数取值
试问:
该桥在计算汽车设计车道荷载时,其设计车道数应按下列何项取用?
A.二车道
B.三车道
C.四车道
D.五车道
答案:
C[解析]一级公路采用双向六车道,这是针对道路设计所采用的车道数。
根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.3.1条第7款,简支梁桥采用上、下双幅分离式横断面行驶,则应按单向行驶查取表4.3.1-3,桥梁宽度14.0m<w=15.25m<17.5m,根据表格可知设计车道数为4。
根据《通用桥规》第4.3.1条第7款表4.3.1-3,错按双向行驶,桥梁宽度采用w=11.25m,直接取给定的值,则会错选A。
如果单纯地从图来确定设计车道数,则容易错选三车道,错选B。
(1)双向六车道;
(2)上、下双幅分离式横断面;(3)计算汽车设计车道荷载。
[考点]
(1)设计车道数的含义;
(2)桥梁设计车道数与行车道数的区别;(3)上、下双幅分离式横断面的含义。
10.箱形梁桥中断面,由汽车车道荷载产生的弯矩作用标准值
计算该箱形梁桥汽车车道荷载时,应按横桥向偏载考虑。
假定车道荷载冲击系数μ=0.215,车道横向折减系数为0.67,扭转影响对箱形梁内力的不均匀系数k=1.2,试问:
该箱形梁桥跨中断面,由汽车车道荷载产生的弯矩作用标准值(kN·m)应与下列何项数值最为接近?
A.21000
B.21500
C.22000
D.22500
答案:
A[解析]由上题可知,设计车道荷载按四车道计算,汽车车道荷载产生的弯矩作用标准值,根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第4.3.1条第7款,车道数n=4,查《通用桥规》表4.3.1-4,得车道横向折减系数ξ=0.67。
扭转影响对箱形梁内力的不均匀系数k=1.2,
根据《通用桥规》第4.3.1条第4款,计算跨径为40m,
则集中荷载产生的剪力标准值
汽车车道均布荷载qk=10.5kN/m
根据《通用桥规》第4.3.2条,汽车荷载冲击系数为1+μ=1.215
由汽车车道荷载产生的弯矩作用标准值
(1)按横桥向偏载考虑;
(2)车道荷载冲击系数μ=0.215;(3)扭转不均匀系数k=1.2。
[考点]
(1)横桥向偏载;
(2)车道荷载冲击系数;(3)扭转不均匀系数;(4)车道数。
11.按全预应力混凝土构件设计时,跨中断面所需的永久有效最小预应力值
计算该后张法预应力混凝土简支箱形梁桥的跨中断面时,所采用的有关数值为A=9.6m2,h=2.25m,I0=7.75m4;中性轴至上翼缘边缘距离为0.95m,至下翼缘边缘距离为1.3m;混凝土强度等级为C50,Ec=3.45×104MPa;预应力钢束合力点距下边缘距离为0.3m。
假定在正常使用极限状态短期效应组合作用下,跨中断面弯矩永久作用标准值与可变作用频遇值的组合设计值Ssd=85000kN·m,试问:
该箱形梁桥按全预应力混凝土构件设计时,跨中断面所需的永久有效最小预压力值(kN)应与下列何项数值最为接近?
A.61000
B.61500
C.61700
D.62000
答案:
C[解析]根据《混凝土桥规》(JTGD62—2004)第6.3.1条第1款,全预应力混凝土构件,短期效应组合作用下,该后张法预应力混凝土简支箱形梁桥的跨中断面下翼缘边缘应满足σst-0.850pc≤0。
根据《混凝土桥规》第6.3.2条,短期效应组合时
Mcd=Ssd=85000kN/m2
根据《混凝土桥规》第6.1.5条第2款,扣除预应力损失后
跨中断面所需永久有效最小预应力值
(1)正常使用极限状态短期效应组合作用;
(2)跨中断面弯矩。
[考点]
(1)短期效应组合;
(2)预应力损失的计算;(3)永久有效最小预应力值;(4)解答中注意单位的统一。
12.桥梁跨中断面设置的预挠度
按正常使用极限状态该箱形梁桥,由荷载短期效应组合产生的跨中断面向下的弹性挠度值为72mm。
由永久有效预应力产生的向上弹性挠度值为60mm。
试问:
该桥梁跨中断面向上设置的预挠度(mm)应与下列哪项数值最为接近?
A.向上30
B.向上20
C.向上10
D.向上0
答案:
D[解析]根据《混凝土桥规》(JTGD62—2004)第6.5.3条,受弯构件应考虑荷载长期效应,取挠度长期增长系数,当混凝土强度等级为C50时,线性内插得
跨中长期向下挠度δ1一δηθ=72×1.425=102.6(mm)
根据《混凝土桥规》第6.5.4条,预应力长期向上挠度δ2=60×2.0=120(mm)
根据《混凝土桥规》第6.5.5条,当δ2>δ1时,可不设置向上预挠度。
(1)荷载短期效应组合设计值;
(2)跨中断面向下的弹性挠度值;(3)永久有效预应力产生的向上弹性反向挠度值;(4)桥梁跨中断面向上设置的预挠度;(5)混凝土强度等级为C50。
[考点]
(1)挠度长期增长系数计算;
(2)跨中挠度计算;(3)是否设置向上预挠度的判定。
13.箱形简支梁中,跨中断面基本组合的弯矩组合设计值
该箱形梁桥按承载能力极限状态设计时,假定跨中断面永久作用弯矩设计值为65000kN·m,由汽车车道荷载产生的弯矩设计值为25000kN·m(已计入冲击系数),其他两种可变荷载产生的弯矩设计值为9600kN·m。
试问:
该箱形简支梁中,跨中断面基本组合的弯矩设计值(kN·m)应与下列何项数值最为接近?
A.91000
B.93000
C.95000
D.97000
答案:
D[解析]计算跨径为40m,则标准跨径定比40m稍大些,查《通用桥规》(JTGD60—2004)表1.0.11,知此桥为大桥;又此桥为一级公路上的大桥,查《通用桥规》表1.0.9注的规定,知此桥为重要大桥,则此桥结构的设计安全等级为一级,根据《通用桥规》第4.1.6条,取重要性系数γ0=1.1。
根据《通用桥规》第4.1.6条,当其他可变荷载为二种时,组合系数=0.7,则箱形简支梁跨中断面基本组合的弯矩设计值
如果误以为要扣除汽车车道荷载的冲击系数,则有
错选B。
(1)承载能力极限状态设计时;
(2)永久作用弯矩设计值;(3)汽车车道荷载产生的弯矩设计值;(4)已计入冲击系数;(5)跨中断面基本组合。
[考点]
(1)桥梁规模的确定;
(2)安全等级的确定;(3)桥梁重要性系数的确定;(4)可变荷载的组合系数;(5)公路等级与桥梁重要性系数的影响。
问题:
14.梁最小腹板厚度
某一级公路上,有一座计算跨径为20m的预应力混凝土简支梁桥,混凝土强度等级为C40。
该简支梁由T形梁组成,主梁高度1.25m,梁距2.25m,横梁间距为5.0m;主梁截面有效高度h0=1.15m。
按持久状况承载能力极限状态计算时,某根内梁支点截面剪力设计值为800kN。
如该梁支承点截面处满足抗剪截面的要求,试问:
腹板的最小宽度(mm)应与下列何项数值最为接近?
A.200
B.220
C.240
D.260
答案:
B[解析]计算跨径为20m,则标准跨径定比20m稍大些,查《通用桥规》(JTGD60—2004)表1.0.11,知此桥为中桥;查《通用桥规》表1.0.9,此桥结构的设计安全等级为二级,根据《通用桥规》第4.1.6条,取重要性系数γ0=1.0。
根据《混凝土桥规》(JTGD62—2004)第5.2.9条
则b≥215.7mm
(1)主梁截面有效高度h0=1.15m;
(2)梁体混凝土强度等级。
[考点]
(1)T形梁最小腹板厚度;
(2)注意各个参数的单位;(3)结构重要性系数的确定。
问题:
15.桥梁结构的设计安全等级
某跨越一条650m宽河面的高速公路桥梁,设计方案中其主跨为145m的系杆拱桥,边跨为30m的简支梁桥。
试问:
该桥梁结构的设计安全等级,应如下列何项所示?
A.一级
B.二级
C.三级
D.由业主确定
答案:
A[解析]根据《通用桥规》(JTGD60—2004)第1.0.11条,桥梁主跨单孔跨径40m<Lk=145m<150m,该桥类别为大桥①;又由于本桥为高速公路大桥,根据《通用桥规》表1.0.9注的规定,知此桥为重要大桥,则此桥结构的设计安全等级为一级。
根据《通用桥规》第1.0.11条,桥梁主跨单孔跨径为145m(40m<Lk<150m),该桥类别为大桥;但未注意到该桥梁为高速公路大桥以及《通用桥梁》表1.0.9的注,认为本桥只是普通的大桥,错选B。
(1)高速公路桥梁;
(2)主跨为145m的系杆拱桥;(3)边跨为30m的简支梁桥;(4)设计安全等级。
[考点]
(1)桥梁设计安全等级的判定;
(2)桥梁跨度与桥梁规模;(3)重要的大桥和小桥的定义。
①对于桥梁的总长度(即多孔跨径总长),题中未明确提及,此处可不予考虑。
问题:
16.梁在中支点截面的弯矩影响线
某桥梁上部结构为三孔钢筋混凝土连续梁,试判定在图四个图形中,哪一个图形是该梁在中支点Z截面的弯矩影响线?
提示:
只需定性地判断。
A.B.
C.D.
答案:
A[解析]根据影响线的基本概念,当荷载作用在支座处时,其弯矩应为零。
四个选项中,仅选项A符合要求;同时,当荷载作用在其他位置时,此图中图形轮廓也正确。
(1)连续梁;
(2)梁在中支点Z截面的弯矩影响线。
[考点]连续梁弯矩影响线的判定。
某城市附近交通繁忙的公路桥梁,其中一联为五孔连续梁桥,其总体布置如图所示。
每孔跨径40m,桥梁总宽10.5m,行车道宽度为8.0m,双向行驶两列汽车;两侧各设1m宽人行步道,上部结构采用预应力混凝土箱梁,桥墩上设置2个支座,支座的横桥中心距为4.5m。
桥墩支承在岩基上,由混凝土独柱墩身和带悬臂的盖梁组成。
计算荷载:
公路—Ⅰ级,人群荷载3.0N/m2,混凝土容重按25kN/m3计算。
提示:
以下各题均应根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004)及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)作答。
17.在持久状况下按承载力极限状态计算,主梁支点截面由恒载、汽车荷载及人群荷载共同作用产生的剪力组合设计值
假定该桥边墩处主梁支点截面由全部恒载产生的剪力标准值V恒=4400kN,汽车荷载产生的剪力标准值V汽=1414kN,步道人群荷载产生的剪力标准值V人=138kN。
已知汽车冲击系数μ=0.2。
试问:
在持久状况下按承载能力极限状态计算,主梁支点截面由恒载、汽车荷载及人群荷载共同作用产生的剪力组合设计值(kN)与下列何项数值最为接近?
A.8150
B.7400
C.6750
D.7980
答案:
A[解析]因为此桥的每孔跨径为4
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