三跨连续刚构桥冲击系数试验研究

刘超

摘要：对比了国内外冲击系数的相关规定，通过一座预应力混凝土连续钢构桥的现场试验，对冲击系数的试验过程进行了介绍和检测结果分析，试验结果表明单独采用基频计算动力冲击系数难以准确全面的反应实际情况，还要充分考虑桥面的平整度等级，对冲击系数的计算和试验提供了参考。

关键词：预应力混凝土连续钢构桥；冲击系数；行车试验；平整度

1引言

行驶中的车辆对桥梁产生冲击作用，增大了桥梁的响应，以动力冲击系数（u）衡量车辆荷载对桥梁的影响。

2不同国家规范中u的规定

2.1中国规范

公路桥涵通用设计规范（2015）规定：

2.2美国规范

根据美国《公路桥梁状态评估、荷载与抗力评定手册》，进行桥梁强度和服役极限状态评定时，动力冲击系数取0.33。

2.3英国规范

英国钢桥、混凝土桥和组合桥规范（BSI 2006）规定，u采用0.25。

通过对比计算，发现同等桥梁条件下，英、美两国计算冲击系数的取值比我国要高。

3工程案例实践分析

3.1工程概述

对象为35m+60m+35m连续刚构桥，预应力混凝土单箱双室截面，桥型立面图见图1。

通过静载试验，得到挠度校验系数为0.62，强度满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）相关规定要求，结构处于弹性工作状态。

3.2自振频率计算和测定

采用Midas/Civil有限元软件对结构进行特征值分析，主梁采用空间梁单元模拟，桥面铺装及防撞墙作为附加质量作用于主梁上，模型共106个节点、98个单元，桥梁计算频率振型见图2，采用跑车试验，现场实测前三阶竖向振动频谱图见图3，表2为模态参数所对应的实测值与理论值，实测频率大于计算频率，桥梁刚度较大，桥梁状态良好。

3.3动力冲击系数的测定

无障碍行车试验：采用两辆载重310kN双后轴卡车，沿桥中心线并列同向以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的车速，匀速通过主桥，发现中跨跨中动挠度最大，无障碍行车动挠度时程曲线见图4。

根据图4动挠度时程曲线，采用数字低通滤波法求取最大静挠度，经数据处理分析得到无障碍行车试验冲击系数实测值见表3。

试验数据表明：车辆行驶速度是影响桥梁动力响应的重要因素，但是冲击系数并不与车速成正比。

有障碍行车试验：模拟车辆驶过障碍物时对桥梁结构的冲击，采用两辆载重310kN双后轴卡车，并列同向以10km/h、20km/h两种车速在主跨跨中越过5cm高的弓形板，得到主梁中跨跨中动挠度，有障碍行车动挠度时程曲线见图5，有障碍行车试验冲击系数实测值见表4。

试验数据表明：桥面平整度良好时，现有冲击系数计算方法能够满足要求；一旦桥面平整度较差，冲击系数会发生较大的跳跃，单独采用基频计算动力冲击系数难以准确全面的反应实际情况。

4结论与建议

桥梁动力响应对车辆行驶速度较敏感，车辆低速通过桥梁也可能引起较大的动力冲击响应，目前世界范围内车速对动力冲击系数的影响，还没有定性结论。

桥面平整度是影响动力冲击系数的重要因素，较差的路面平整度导致冲击系数高于桥梁规范中的計算值，建议冲击系数还应根据桥面平整度等级而定，而不是依据现有规范单独采用基频计算动力冲击系数。

在桥梁检测中，特别是桥面铺装较差的桥梁，冲击系数取值偏小导致高估桥梁实际承载力，所以桥梁维护凸显出重要意义。