[发明专利]一种中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数的计算方法

说明书

本发明公开了一种中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数的计算方法，以中小跨径连续梁桥为对象，综合考虑桥梁的结构型式、几何形态、支承状况、质量与刚度等特性，车辆的数量、轴数、轴重、轴间距以及行驶速度等冲击系数的影响因素，根据冲击系数与内力影响线之间的相互关系，采用理论分析和数值仿真相结合的方法，解决了连续梁桥负弯矩冲击系数回归拟合的计算公式问题，揭示了连续梁桥的车载动力行为与机理，丰富了桥梁设计理论和计算方法，为桥梁动力评定提供借鉴，并促进其广泛应用与发展。

技术领域

本发明属于交通桥梁技术领域，具体涉及一种中小跨径连续梁桥负弯矩冲击系数的计算方法。

背景技术

桥梁冲击系数的检测对桥梁设计及维修加固具有极其深远的意义，如果不能准确地检测桥梁结构的冲击系数，导致新型桥梁设计不合理或旧桥维修加固不及时，会造成车辆载荷引起桥梁破坏现象，严重时还会发生重大事故，造成人民生命财产的损失。

动载作用下的桥梁在空间横竖纵三向都产生动力效应，其中竖向产生的动力效应被称作冲击效应。通常把移动荷载的总竖向荷载效应定义为竖向静力效应乘以与之相应的动力放大系数1+u，其表达形式见公式(1)：

S_z＝(1+μ)S_j 公式(1)

式中：S_z—总竖向动力效应；S_j—竖向静力效应；μ—冲击系数。

桥梁在国内外的桥梁设计规范中，均把汽车荷载竖向静力效应乘以一个增大系(1+μ)作为计入汽车荷载动力作用的总竖向荷载效应。在现行各国桥梁设计规范中，冲击系数多是根据桥梁结构随跨径或加载长度为递减函数或基频单一函数来计算。国外在这方面的研究有所进展，例如在加拿大安大略省的规范(Ontarion Code)中，已将动力系数表示为桥梁基本频率的函数。

现在桥梁结构冲击系数的常用计算方法有传统法、试验法和04规范法。按照传统法定义的冲击系数为：动载作用下桥梁跨中截面处动挠度(应变)最大值与静挠度(应变)最大值的比值。用公式表示为：

式中：A_dyn—车辆荷载过桥时桥梁跨中挠度(应变)最大值；

A_st—同一车辆荷载在静力作用下桥梁跨中截面挠度(应变)最大值。

在实际应用过程中，试验车以准静态速度通过桥梁，可以得到桥梁跨中截面测点的挠度(应变)时程曲线，再以一定的速度通过该桥得到动态时程曲线，分别读取两条曲线的最大值即为A_st和A_dyn，如图3所示。这种方法需要进行两次试验，并且前后两次试验车辆行驶位置需保持一致；由于结构响应具有滞后性，因此测点的最大动态响应并不一定发生在车辆行驶到跨中截面的时刻，这就给传统法带来了很大困扰。

早期车-桥耦合振动理论的研究受多方面因素制约，如理论不成熟、振动参数难以确定、计算方法落后等，工程应用通过试验近似地考虑车辆的动力效应，从而冲击系数μ可以依据布置在控制截面上的测点在跑车试验过程中记录的时程曲线来进行计算，简称试验法：

式中：Y_max—该测点在动载作用下的挠度(应变)最大值，Y_max＝A_dyn；Y_min—与Y_max相应的挠度(应变)最小值；Y_mean—该测点在相应“静”载作用下的挠度(应变)最大值，其值取Y_max与Y_min的均值，近似等于A_st的值。