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摘 要 ：桥梁结构设计中,通常基于规范将移动荷载的总效应按相同静载效应乘以冲击增大效应,以提高其承载力安全储备.本文讨论了新旧规范对于冲击系数取值的差异,并通过现场试验进行验证现行规范取值对于结构更趋于安全.
关 键 词 ：梁式桥梁 移动荷载 冲击系数
前言
梁式结构设计中,通常采用冲击系数来衡量移动荷载对梁式桥梁的冲击效应,其是反映结构动力效应的重要指标.结构在移动荷载作用下的荷载效应比相同静载作用时要大,因而冲击效应对结构受力不利,可能会使结构受到损伤,从而影响结构性能.为确保桥梁结构的安全营运,在公路桥梁设计规范中,将移动荷载的总效应按相同静载效应乘以冲击增大效应加以量化,从而提高结构承载力储备.
我国公路桥涵设计85规范（JTJ 021-85）将定冲击系数定定义为一仅与桥梁跨径定线性相关的变量,按公式（1）采用区段线性插值计算得到；
（1）
现行公路桥涵设计04规范（JTJ D62-2004）基于85规范的对冲击系数的计算方法进行了调整,以主体结构的基频为单一参数进行区段对数计算得到,如公式（2）.
（2）
基于跨径或结构基频计算桥梁的动力冲击系数简化了结构分析过程,在设计中到底哪一种更趋于安全.本文根据动力试验结果分析了实测车辆冲击系数与理论值有的偏差,并对现行规范按基频进行设计进行了验证.
结构试验中,最大动挠度与最大静挠度之比称为动力系数(δ),冲击系数的定 义为：
相同荷载作用下,最大动挠度相对最大静挠度的增量,反映动荷载对结构的动力增大效应,与结构体系、跨径、车辆特性、车速、 桥面平整度有关,是一项综合性指标.试验方法：在桥面无障碍情况下,以载重车匀速通过桥梁,使结构产生受迫振动,测定动挠度指标计算来冲击系数.改变车速,测定各种车速不冲击系数以及冲击系数随车速的变化规律.
一、冲击系数测定试验
某跨径为20米预应力混凝土简支梁桥,共3跨,均处于竖曲线和平曲线上.侨领设计荷载为汽-84和挂-120,桥面净宽为0.5m +17m车行道+0.5m.其平面布置图如下所示.冲击系数测定采用跑车试验,车辆参数表1,跑车速度及方向见表2..在第二跨跨中截面布置动挠度计.结构自振频率采用跑车和跳车测定.
表1 加载车辆参数
编号 车型 前轴重(t) 中-后/后轴重(t) 总重(t) 前-中（后）轴距（m） 中-后轴距（m） 轮距（m）
1# 三轴车 10.2 41.50 51.7 3.85 1.35 1.80
表2 加载车辆参数
工况编号 工况内容 备 注
1.15km/h跑车 沿纵坡方向
2.20km/h跑车 沿纵坡方向
3.30km/h跑车 沿纵坡方向
二、冲击系数分析
采用跳车激励使桥梁产生按指数规律衰减的自由振动,用高灵敏加速度计拾取结构自振信号并由采集分析系统记录,通过分析计算得到主梁结构的自振频率；另外,通过对跑车余振信号分析处理,识别结构的自振频率.试验桥跨主梁动力特性实测结果见表3.
表3 试验桥跨主梁一阶自振频率检测结果
试验桥跨 跳车自振频谱分析 跑车余振频谱分析 实测均值 计算值 f实测／f计算
中跨 7.94 8.18 8.06 6.95 1.16
跑车试验冲击系数测定图2所示,试验结果见表4.
表4 冲击系数计算
车 速 μ值 μ值 μ均值 04规范计算取值 04规范实测取值 85规范取值
15km/h跑车 0.25 0.27 0.26 μ＝0.33 μ＝0.35 μ＝0.29
20km/h跑车 0.08 0.10 0.09
30km/h跑车 0.06 0.08 0.07
三、结论
1.85规范冲击系数取值小于04规范取值,表明新规范的冲击系数取值相对安全.
2.实测冲击系数与现行规范取值表明现行计算方法相对安全,结构储备能力足够
3.冲击系数随着车速发生变化,应重点观察峰值车速,实际设计中要考虑车速的影响.