三跨連續(xù)剛構橋沖擊系數(shù)試驗研究

劉超

摘要：對比了國內(nèi)外沖擊系數(shù)的相關規(guī)定，通過一座預應力混凝土連續(xù)鋼構橋的現(xiàn)場試驗，對沖擊系數(shù)的試驗過程進行了介紹和檢測結果分析，試驗結果表明單獨采用基頻計算動力沖擊系數(shù)難以準確全面的反應實際情況，還要充分考慮橋面的平整度等級，對沖擊系數(shù)的計算和試驗提供了參考。

關鍵詞：預應力混凝土連續(xù)鋼構橋；沖擊系數(shù)；行車試驗；平整度

1引言

行駛中的車輛對橋梁產(chǎn)生沖擊作用，增大了橋梁的響應，以動力沖擊系數(shù)（u）衡量車輛荷載對橋梁的影響。

2不同國家規(guī)范中u的規(guī)定

2.1中國規(guī)范

公路橋涵通用設計規(guī)范（2015）規(guī)定：

2.2美國規(guī)范

根據(jù)美國《公路橋梁狀態(tài)評估、荷載與抗力評定手冊》，進行橋梁強度和服役極限狀態(tài)評定時，動力沖擊系數(shù)取0.33。

2.3英國規(guī)范

英國鋼橋、混凝土橋和組合橋規(guī)范（BSI 2006）規(guī)定，u采用0.25。

通過對比計算，發(fā)現(xiàn)同等橋梁條件下，英、美兩國計算沖擊系數(shù)的取值比我國要高。

3工程案例實踐分析

3.1工程概述

對象為35m+60m+35m連續(xù)剛構橋，預應力混凝土單箱雙室截面，橋型立面圖見圖1。

通過靜載試驗，得到撓度校驗系數(shù)為0.62，強度滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）相關規(guī)定要求，結構處于彈性工作狀態(tài)。

3.2自振頻率計算和測定

采用Midas/Civil有限元軟件對結構進行特征值分析，主梁采用空間梁單元模擬，橋面鋪裝及防撞墻作為附加質(zhì)量作用于主梁上，模型共106個節(jié)點、98個單元，橋梁計算頻率振型見圖2，采用跑車試驗，現(xiàn)場實測前三階豎向振動頻譜圖見圖3，表2為模態(tài)參數(shù)所對應的實測值與理論值，實測頻率大于計算頻率，橋梁剛度較大，橋梁狀態(tài)良好。

3.3動力沖擊系數(shù)的測定

無障礙行車試驗：采用兩輛載重310kN雙后軸卡車，沿橋中心線并列同向以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的車速，勻速通過主橋，發(fā)現(xiàn)中跨跨中動撓度最大，無障礙行車動撓度時程曲線見圖4。

根據(jù)圖4動撓度時程曲線，采用數(shù)字低通濾波法求取最大靜撓度，經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析得到無障礙行車試驗沖擊系數(shù)實測值見表3。

試驗數(shù)據(jù)表明：車輛行駛速度是影響橋梁動力響應的重要因素，但是沖擊系數(shù)并不與車速成正比。

有障礙行車試驗：模擬車輛駛過障礙物時對橋梁結構的沖擊，采用兩輛載重310kN雙后軸卡車，并列同向以10km/h、20km/h兩種車速在主跨跨中越過5cm高的弓形板，得到主梁中跨跨中動撓度，有障礙行車動撓度時程曲線見圖5，有障礙行車試驗沖擊系數(shù)實測值見表4。

試驗數(shù)據(jù)表明：橋面平整度良好時，現(xiàn)有沖擊系數(shù)計算方法能夠滿足要求；一旦橋面平整度較差，沖擊系數(shù)會發(fā)生較大的跳躍，單獨采用基頻計算動力沖擊系數(shù)難以準確全面的反應實際情況。

4結論與建議

橋梁動力響應對車輛行駛速度較敏感，車輛低速通過橋梁也可能引起較大的動力沖擊響應，目前世界范圍內(nèi)車速對動力沖擊系數(shù)的影響，還沒有定性結論。

橋面平整度是影響動力沖擊系數(shù)的重要因素，較差的路面平整度導致沖擊系數(shù)高于橋梁規(guī)范中的計算值，建議沖擊系數(shù)還應根據(jù)橋面平整度等級而定，而不是依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范單獨采用基頻計算動力沖擊系數(shù)。

在橋梁檢測中，特別是橋面鋪裝較差的橋梁，沖擊系數(shù)取值偏小導致高估橋梁實際承載力，所以橋梁維護凸顯出重要意義。