國內外汽車荷載沖擊系數對比

公路橋梁結構設計所采用的車輛荷載是對實際車輛荷載的簡化。作為汽車荷載效應設計值的一個組成部分,沖擊系數的取值在一定程度上影響著汽車荷載效應的取值,并且沖擊系數可以反映不同恒活載比例橋梁之間的差異,因此,沖擊系數取值合理性與否對于公路橋梁而言非常重要。
 

沖擊系數


在移動荷載作用下,橋梁在空間的豎向、縱向和橫向三個方向產生振動、沖擊等動力效應。通常把豎向動力效應稱為汽車荷載對橋梁結構的沖擊力。橋梁結構的總豎向汽車荷載效應等于豎向汽車荷載靜力效應與其動力效應之和。在國內外的各種橋梁設計規范中,大多采用把汽車荷載豎向靜力效應乘以一個增大系數作為計入汽車荷載豎向動力效應的總豎向荷載效應,即:

QQ截圖20170406210618.png

 

沖擊系數就是為考慮移動的汽車荷載對橋梁結構產生豎向動力效應的增大系數。車輛和橋梁間相互作用受到諸多因素的影響,這些因素可以分為兩大類:橋梁參數和車輛參數。

   橋梁參數:包括橋梁的自振頻率、跨徑布置、結構阻尼、橋梁類型、橋面不平整度、橋頭沉陷及伸縮縫裝置狀況等;

車輛參數包括車速、車重、車輛懸掛系統、車輛數目等。這些因素在設計中都由沖擊系數綜合考慮。


    世界各國對公路橋梁的車輛振動問題做了大量的理論和試驗研究。由于車輛引起橋梁振動問題的復雜性,目前世界各國的沖擊系數研究基本上是在試驗基礎上制定的。在各國設計規范中,對于沖擊系數的規定一般有兩種形式:

    一種是,沖擊系數作為跨徑的函數。

    一種是,沖擊系數作為橋梁基頻的函數。


國內外汽車荷載沖擊系數對比的圖2

我國1985年及其以前的規范主要參照國外的規范,將沖擊系數作為跨徑的函數,規定:

85.png

04規范則將沖擊系數定義為橋梁基頻的函數,具體數值在沖擊系數實測的基礎上,經統計分析確定。具體規定為:

04.png

國內外汽車荷載沖擊系數對比的圖5

美國規范

   美國現行規范中的沖擊系數為定值,且車道荷載不考慮沖擊系數,卡車荷載的沖擊系數與構件及極限狀態相關,與我國規范不具可比性。但是美國“96規范”將沖擊系數定義為跨徑的函數,具有一定的可比性。該規范規定:

美國.png

日本規范

    日本規范分別規定了車輛荷載和車道荷載的沖擊系數,且各種橋型也有所不同,但沖擊系數都為跨徑的函數。

日本.png

德國規范

  德國橋梁規范(DIN 1072)的沖擊系數與跨徑有關,

德國.png

加拿大規范

加拿大安大略規范關于沖擊系數的規定前后也有較大的變化,其中OHBDC-1982則將沖擊系數定義為結構基頻的函數,可與我國規范進行對比。具體規定為:

加拿大.png

各國規范對比

    為了解我國現行規范中汽車荷載沖擊系數在國際上的水準,特選取2008版《公路橋梁通用圖》中的裝配式板梁和裝配式T梁橋進行對比計算。選取橋梁的參數如下表所示:

blob.png

   根據表中的橋梁參數,分別采用各國的規范計算橋梁的總計系數,如下表所示:

blob.png

通過上表,可以發現,我國“85”規范中沖擊系數與國外規范相比取值偏小。因此,在“04規范”修訂時根據實測沖擊系數的回歸分析對原規范取值進行調整,并將沖擊系數定義為結構基頻的函數。

現行規范沖擊系數與同為結構基頻函數的加拿大規范相比,我國規范小跨徑橋梁(結構基頻較大)的沖擊系數較大,大跨徑橋梁(結構基頻較小),的沖擊系數偏小。

結論:我國現行規范的沖擊系數取值高于“85規范”。與外國規范相比,在20m跨徑以內,其他國家均低于我國的規范取值;20m以上跨徑,我國規范沖擊系數取值與其他國家規范相比有高有低,基本相當。



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國內外汽車荷載沖擊系數對比的圖12


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