桥梁结构冲击系数影响因素的研究.docx

桥梁结构冲击系数影响因素的研究【摘要】根据某预应力混凝土简支梁桥的动载试验分析桥面平整度和行车速度对桥梁结构冲击系数的影响。结果表明：桥梁的冲击系数随桥面平整度的降低而增大但并非随行车速度的增大而增大。【关键词】冲击系数桥面平整度行车速度0引言车辆以一定的速度驶过桥梁会造成桥梁结构的竖向强迫振动由于振动惯性力的存在就会产生动力增大效应。根据静力学原理这种增大效应通过将车辆荷载与移动的车辆驶过桥梁结构时对桥梁结构产生的空间竖向动力效应的增大系数乘积来反映。在公路桥梁设计规范中这个增大系数用冲击系数表示。它与车-桥频率耦合、结构形式、桥梁跨度、桥面平整度、行车速度、桥梁结构阻尼比等因素有关。其中桥面平整度是决定实测冲击系数大小的重要因素。理论上说：当移动车辆荷载作用于桥梁结构时路面的凸凹会导致行驶车辆振动加剧车辆的振动反作用于桥梁结构致使桥梁结构的振动也加剧形成车―桥相互作用的放大系统[1]。当车辆自身的振动频率与桥梁结构振动的主导频率相近时还会形成车―桥耦合振动致使冲击振动效应进一步扩大。而车辆在桥梁上的行驶速度对冲击系数测试结果的影响是多方面的。因为当车速较大时车辆自身的振动加剧致使激励力也随之增大。但车辆与桥梁之间的接触时间会相应减少结构振动所累积的能量也相应减少冲击效应未必达到最大值。因此本文根据某预应力混凝土梁桥的实际测试结果分析桥面平整度和行车速度对冲击系数的影响。1试验概况某座单跨30米的预应力混凝土简支梁桥为双线12车道。桥面为两幅设计每幅宽度25米两幅间设置纵向沉降缝。桥梁上部为16片C50的预制预应力混凝土小箱梁结构预制梁高1.7米。桥面铺装由10cm混凝土铺装+10cm混凝土铺装桥梁横坡由桥台及小箱梁调整。主体结构下部为扶壁式桥台结构。基础均采用钻孔灌注桩桩径1.2m。为了使动载试验荷载效率接近1.0采用总重50t的三轴试验车辆在桥面废土清理及桥面铺装重做前后对桥梁进行脉动试验和跑车试验。根据桥梁的振动响应考察不同平整度和不同车速对桥梁冲击系数的影响。试验中采用高灵敏加速度传感器和应变传感器拾取结构响应信号动力试验测点布置在跨中截面。2试验结果2.1脉动试验结果分析依据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60―2004[2]规定的计算方法计算得出该桥理论计算基频为5.038Hz。通过对脉动影响信号作FFT分析从而得出该桥梁铺装重做前后实测竖向基频为5.125和5.375Hz。依据规范可知该桥梁铺装重做前后冲击系数计算值分别为0.273和0.281。2.2冲击系数计算3桥梁结构冲击系数影响因素分析对表1中数据进行分析可知当车速较低时汽车冲击系数会随着车速的提高有所增大但车速增大到40km/h后其值又有所减小。究其原因当车速较慢时车辆对桥梁的竖向激励力相对较小虽然作用时间较长但冲击效应不一定显著；当车速较快时车辆对桥梁的竖向激励力相对较大但相互作用的时间短桥梁振动能量积累较少这时冲击效应也不一定显著。该桥梁的最大冲击系数对应的车速大致在40km/h附近此时的冲击效应最大。由此可知当下许多桥梁采取限速的措施对于桥梁的动力响应而言可能会造成桥梁动力响应达到峰值。桥梁桥面修复后实测冲击系数在1.150～1.225之间均明显小于规范取值可见现行规范取值总体是保守和安全的。桥梁桥面修复前行车环境恶劣在车速大于30km/h时实测冲击系数大于规范取值。由此可见由于部分桥梁桥面行车环境较差或是桥梁在多年营运之后梁体出现了病害车辆行车的动力响应发生变化等原因可能引起桥梁冲击系数增大甚至超出规范的取用值。4结论及展望根据本文试验分析可以得到以下结论：1.桥梁的冲击系数峰值并非随车速增大而增大；当车速中等时车辆对桥梁的冲击振动往往是最为显著的此时车辆过桥时对桥梁会产生更大的动力效应。2.冲击系数随路面平整度的降低而加大甚至超出规范的取用值此时车辆对桥梁的冲击影响很大应及时对桥梁进行维修加固避免对桥梁产生更多的危害。实际上影响桥梁结构冲击系数的因素还有很多如：车-桥频率耦合、结构形式、桥梁跨度、桥梁结构阻尼比等。为了制定适合实际运营情况的公路桥梁的检测、养护标准仍需要积累更多的统计数据以及更深入的研究。参考文献[1]王海城.拱桥汽车冲击振动试验分析与研究[D].重庆.重庆交通大学硕士学位论文.2007[2]中交公路规划设计院.《公路桥涵设计通用规范》JTGD60―2004.北京.中华人民共和国行业标准.2004[3]刘志明陈开利.《桥梁工程检测手册》人民交