沖擊系數(shù)對橋梁汽車荷載效應(yīng)的影響分析

鄧 果

我國目前使用的公路與城市橋梁大部分是按JTJ 021-89公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范的汽車設(shè)計荷載標準設(shè)計的,1997年的JTJ 001-97公路工程技術(shù)標準對設(shè)計標準作了局部修改,從1998年1月后公路橋梁按此新標準設(shè)計。從1998年12月后城市橋梁按CJJ 77-98城市橋梁荷載設(shè)計標準設(shè)計。多標準應(yīng)用造成設(shè)計工作量的增加是當前有待解決的問題。同時,影響橋梁汽車荷載效應(yīng)的因素有很多,除了交通流量本身的變化對其的影響外,橋梁的跨度、寬度、沖擊系數(shù)等對汽車荷載效應(yīng)的影響也比較大。本文將以簡支梁橋和連續(xù)梁橋為研究對象,研究橋梁跨度、跨數(shù)、寬度和沖擊系數(shù)等對汽車荷載效應(yīng)的影響。

1 沖擊系數(shù)概述

汽車的沖擊系數(shù)是汽車過橋時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向動力效應(yīng)的增大系數(shù),汽車荷載的沖擊系數(shù)可表示為[1]:

其中,Ydmax為在汽車過橋時測得的效應(yīng)時間歷程曲線上最大靜力效應(yīng)處測得的最大靜力效應(yīng)值;Yjmax為在汽車過橋時測得的效應(yīng)時間歷程曲線上最大動力效應(yīng)處測得的最大動力效應(yīng)值。

效應(yīng)值可以取最大撓度位置豎向位移的變化來描述,稱為位移沖擊系數(shù),也可以通過控制截面的應(yīng)變來計算,稱為應(yīng)變沖擊系數(shù)。二者都是用來表現(xiàn)由于汽車的動力沖擊作用使橋梁產(chǎn)生的動態(tài)增量。瑞士的EMPA實驗室自1924年以來對移動荷載的沖擊系數(shù)進行了十分深入和系統(tǒng)的實驗研究,基于大量的實測數(shù)據(jù)指出車輛振動本質(zhì)上是一種強迫共振現(xiàn)象,用放大譜來計算沖擊效應(yīng),即把沖擊系數(shù)定義為橋梁固有頻率的函數(shù)來代替現(xiàn)行的按跨度遞減的沖擊系數(shù)公式更為合理。1979年,加拿大安大略省規(guī)范(Ontario Code)率先接受了這一新概念,建立了放大譜的新規(guī)定,1982年又根據(jù)新的實測資料作了進一步的修改。在我國JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范中也改用了這一計算方法。

目前,世界各國公路橋梁設(shè)計規(guī)范對沖擊系數(shù)的計算公式多數(shù)僅以橋梁計算跨徑L作為參數(shù),按L的遞減函數(shù)進行計算。

2 沖擊效應(yīng)計算比較

2.1 國內(nèi)橋梁規(guī)范中簡支梁橋汽車沖擊系數(shù)的計算方法

1)JTJ 021-89公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范。

L≤5 m時,μ=0.30;L≥45 m 時,μ=0;5 m＜L＜45 m時,

2)JTG D60-2004公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范。

當 f＜1.5 Hz時,μ=0.05;當 1.5 Hz≤f≤14 Hz時,μ=0.176 7lnf-0.015 7;當 f＞14 Hz時,μ=0.45。

3)CJJ 77-98城市橋梁荷載設(shè)計標準。

2.2 沖擊系數(shù)的計算結(jié)果比較

本文選用公路交通行業(yè)里常用的簡支空心板橋的標準圖,用三種沖擊系數(shù)計算方法計算了公路橋梁中6 m～25 m標準跨徑簡支空心板橋的沖擊系數(shù),并比較了計入沖擊效應(yīng)的荷載效應(yīng)與不計沖擊效應(yīng)的荷載效應(yīng),計算結(jié)果見表1,圖1～圖 4。

表1 三種規(guī)范簡支空心板橋沖擊系數(shù)

綜合有關(guān)文獻[6]～[9]及表1,圖1～圖 4可知,以橋梁計算跨徑L作為參數(shù),按L的遞減函數(shù)來計算的89規(guī)范和城市橋梁荷載設(shè)計標準沖擊系數(shù)均小于按結(jié)構(gòu)基頻的方法來計算的04規(guī)范,跨度越小,兩者之間的差別越大。

其中,在6 m跨時,89規(guī)范比04規(guī)范小53.6%,98標準比04規(guī)范小93.1%。在25 m跨時,89規(guī)范比04規(guī)范小46.7%,98標準比04規(guī)范小15.8%。三種規(guī)范的沖擊系數(shù)結(jié)果有隨著跨度的增大而慢慢接近的趨勢。但是,89規(guī)范的沖擊系數(shù)計算公式規(guī)定跨度大于45 m時,沖擊系數(shù)等于零,這與實際情況不相符;而04規(guī)范以結(jié)構(gòu)基頻來計算沖擊系數(shù)避免了這種情況的發(fā)生。04規(guī)范汽車荷載對89規(guī)范、城市橋梁荷載設(shè)計標準中汽車荷載的效應(yīng)比在計入沖擊系數(shù)之后會不同程度的提高,提高幅度在2%～19%。

3 結(jié)語

1)本文主要分析沖擊系數(shù)對橋梁汽車荷載效應(yīng)的影響,為分析橋梁汽車荷載效應(yīng)的影響因素提供參考,為設(shè)計人員選用一種標準進行分析計算,達到保證設(shè)計質(zhì)量、提高設(shè)計效率的目的提供幫助。2)本文主要針對中小跨徑橋梁進行比較,大跨度橋梁的汽車荷載效應(yīng)比較分析有待進一步的分析和研究。3)本文對汽車荷載效應(yīng)進行比較時,主要采用的是89規(guī)范、04規(guī)范以及98城標中的汽車荷載模式進行分析,對國外規(guī)范采用的汽車荷載效應(yīng)未進行比較計算,還需要進一步計算和研究。

[1] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[2] CJJ 77-98,城市橋梁設(shè)計荷載標準[S].

[3] JTJ 021-89,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4] JTJ 001-97,公路工程技術(shù)標準[S].

[5] JTG B01-2003,公路工程技術(shù)標準[S].

[6] 鮑衛(wèi)剛,張海龍,劉菊玖.關(guān)于橋梁所承受的沖擊力計算方法的研究[J].橋梁建設(shè),2000(1):24-26.

[7] 宋一凡,賀栓海.公路橋梁沖擊系數(shù)的影響因素分析[J].西安公路交通大學學報,2001(4):47-49.

[8] 秦向杰,葛 斌.橋梁沖擊系數(shù)按結(jié)構(gòu)頻率的計算研究[J].山西建筑,2007,33(10):316-317.

[9] 王海城,施尚偉.橋梁沖擊系數(shù)影響因素分析及偏差成因[J].重慶交通大學學報(自然科學版),2007(10):25-28.