连续梁冲击系数计算
连续梁桥汽车冲击系数试验及数值研究
———————————————本文为江西省自然科学基金资助。
作者简介：张期星(1983-)，男，山东人，硕士研究生，从事桥梁结构工程研究(E-mail:zh_q_x123@)；陈水生连续梁桥汽车冲击系数试验及数值研究张期星1 ,陈水生2(1.2华东交通大学土木建筑学院 江西南昌330013)摘 要：本文主要分析三跨连续梁桥，应用达朗贝尔原理，推导了三轴半车模型下的车桥耦合振动方程，比较了在不同车速和不同跨径作用下的汽车冲击系数，并且对多个连续梁桥汽车冲击系数的实测结果进行了分析。
文中采用有限元法离散，将无限自由度系统转化为有限自由度系统，使用Ansys 软件进行了三跨连续梁桥的模态分析，提取出前10阶模态分量和振型频率，利用模态叠加的方法对车桥耦合振动方程进行解耦，并且利用Matlab 软件编程进行了数值模拟，分析了三跨连续梁桥车桥耦合振动特性。
在仅仅考虑竖向位移的情况下，主要采用了Newmark 方法，编程得出了不同车速和不同跨径对三跨连续梁桥汽车冲击系数的影响规律：汽车冲击系数随着车速的提高而增加，车速较低时(一般在20km/h-40km/h)冲击系数变化缓慢，当车速大于50km/h 后，冲击系数变化较大；汽车冲击系数随着跨径的增大而降低，跨径越大，其值越接近于1.0。
关键词：三跨连续梁桥；汽车冲击系数；车桥耦合模型Experimental and numerical study on Impact coefficient of continuous girder bridge under vehicleZhang Qixing 1 Chen Shuisheng 2(Institute of Civil construction,East China Jiaotong University,nanchang,Jiangxi330013,China)Abstract ：This paper mainly analyses three-span continuous girder bridge. The coupled vibration functions of vehicle and bridge with five degree of freedom vehicle model are derived using the D’Alembert’s principle. The impact coefficient of vehicle are analysed under condition of various span length and speeds of moving vehicle, and the measured results of several continuous girder bridge are analysed. The studies adopt the method of finite element discrete to turn the system of infinite degree of freedom into the system of finite degree of freedom, and analyse the mode of three-span continuous girder bridge under the use of the Ansys software to exact the mode components and frequencies. Then the coupled vibration functions of vehicle and bridge are decoupled with the method of modal superposition, and the coupled vibration characteristics of vehicle and bridge are analysed by the numerical simulation of Matlab software. On the condition of only considering the vertical displacement, it programs by the method of Newmark to conclude the influence law of impact coefficient of vehicle for three-span continuous girder bridge under condition of various span length and speeds of moving vehicle: impact coefficient of vehicle would rise with the rise of speed of vehicle,when the speed of vehicle is relative lower(approximately 20km/h- 40km/h),the value would change slowly,but the speed surpasses 50km/h,it would change obviously; impact coefficient of vehicle would decrease with the rise of span length,and the more large is the span length,the more close to 1.0 is the value.Key word ：three-span continuous girder bridge;impact coefficient of vehicle;vechicle-bridge coupled model0 引言目前，车辆对桥梁的冲击作用我们通常采用汽车冲击系数µ或者动力增量φ来描述，即在考虑桥梁静载作用下的响应乘以一个相应的动力系数。
桥梁计算书规定
桥梁计算书规定一．混凝土连续梁结构（含预应力、钢筋砼结构）●（一）静力计算采用荷载●1．活载：按规范取用●汽车冲击力：●汽车荷载的冲击力为汽车荷载乘以冲击系数。
●总体静力计算的冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》( JTG D60-2004 )的规定计算，悬臂板上冲击系数采用1.3。
●2．支座沉降：桥梁不均匀沉降采用1/3000跨径。
●3．温度：体系温度按（如150C合拢）升温，降温计算；日照梁上温度梯度仅计沥青层作为桥面铺装，沥青层下砼调平层不考虑温度梯度作用、折减；●4．砼弹性模量折减：●1）计算结构强度及应力时不折减;●2）计算结构变形时折减，按新规范取用；●5．梁体计算时砼容重按预应力结构26KN/m3，普通钢筋混凝土结构25KN/m3；沥青混凝土容重：24kN/m3、混凝土调平层容重：25 kN/m3●6．桥梁下部结构考虑纵横向外力组合；●7．曲线段桥梁按规范考虑离心力；●8．梁体偏载、剪滞影响按弯矩增大1.2~1.25。
●9.支座摩阻力按作用于支座上的竖向力乘以支座的摩擦系数计算；盆式活动支座的摩擦系数为0.05，板式活动支座（聚四氟乙烯板与不锈钢板）摩擦系数为0.06。
●（二）动力荷载●设计风速按基本风压换算；●施工风速根据施工周期确定。
●（三）计算控制及注意问题●预应力梁体⏹小于100米跨径预应力结构按部分预应力A类构件设计；●2）施工阶段●（1）注意挠度计算及预拱度设置；●（2）注意计算局部应力；●（3）按规范控制砼拉、压应力（建议拉应力不大于-0.5 Mpa），钢束应力。
●对于悬臂浇注连续梁施工阶段荷载：●（1）施工时桥面一侧均布荷载2KN/m;●（2）挂篮重；冲击系数u=0.2；●（3）砼容重不均匀性，主跨侧26 KN/ m3，边跨侧25KN/ m3；●（4）节段差；●（5）施工风力；●（6）悬臂施工时一侧挂篮脱落。
⏹使用阶段●（1）长期效应控制砼无拉应力，短期效应控制砼拉应力不大于0.5Mpa；钢束应力不超规范；弹性阶段C50混凝土压应力不大于15MPa（规范规定不大于16.2 MPa）。
冲击系数
冲击系数说明书、冲击系数原理1一般，桥梁动载实验中，动力荷载作用与桥梁结构上产生的动挠度或动应变较同样的静荷载所产生的相应的静挠度（静应变）要大。
以动挠度为例，动挠度。
由于挠度反映了桥梁结）与相应的静挠度的比值称为活荷载的冲击系数（1+μ因此活载冲击系数综合反映了动力是衡量结构刚度的主要指标，构的整体变形，车辆行驶速活载冲击系数与桥梁结构的结构形式、荷载对桥梁结构的动力作用。
应使车辆以不同为了测定桥梁结构的冲击系数，度、桥梁的平整度等因素有关。
的速度驶过桥梁，逐次记录跨中截面的挠度时程曲线，按照冲击系数的定义有：Y ???1max Y meanY----动载作用下该测点最大动挠度值；式中：axm Y----相应的静载荷作用下该测点最大挠度值，简称最大静挠度值，其值mean可由动挠度曲线求得：1)YY?Y?(minmaxmean2YY相应的最小挠度值。
如图1为与所示。
其中meaninm图1 移动荷载作用下桥梁动挠度曲线同理，在动载实验中测试动应变时，产生的冲击系数（1+μ）的计算公式如下：1 / 2S??1?max S mean式中：----动载作用下该测点最大动应变值；S axm----相应的静载荷作用下该测点最大应变值，其值可由动应变曲线求S mean得：1 )?SS?(S minmeanmax2 为与相应的最小应变值。
其中SS meanmin另外，在测试动应变时程曲线时，由于应变片的贴法的正负极性不同，用户实测的动应变曲线的主峰很可能往下（为负值），在这种情况下，冲击系数的计SS、都将有所改变，具体如下：、算公式不变，但是S meanaxmmin S----动载作用下该测点最大动应变的绝对值；axm S----相应的静载荷作用下该测点最大应变的绝对值；mean S相应的最小应变的绝对值。
与----S meanmin（范文素材和资料部分来自网络，供参考。
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冲击系数的计算
公路桥梁冲击系数随机变量的概率分布及冲击系数谱李玉良摘要为适应近似概率设计法的应用，公路桥梁冲击系数研究必然引进概率概念。
从现场实测入手，采集桥上汽车荷载流对桥梁结构产生的冲击系数随机样本，采用概率与数理统计的方法研究公路桥梁冲击系数的统计规律，得到公路桥梁冲击系数的概率分布及置信度为0．05的冲击系数谱。
对冲击系数谱的适应范围及其与国内、外冲击系数的研究成果进行比较和讨论。
关键词公路桥梁冲击系数随机变量概率分布冲击系数谱l 前言在移动的汽车荷载作用下，桥梁在空间的竖向、纵向和横向三个方向产生振动、冲击等动力效应。
通常把竖向动力效应称为汽车荷载对桥粱结构的冲击力。
桥梁结构的总竖向汽车荷载效应(SZ)等于竖向汽车荷载静力效应(SJ)与其动力效应之和。
在国内、外的各种桥梁设计规范中，均采用把汽车荷载竖向静力效应乘以一个增大系数(1+μ)作为计入汽车荷载竖向动力效应的总竖向荷载效应。
即：SZ＝(1+μ)×SJ (1)根据式(1)，将冲击系数定义为：考虑移动的汽车荷载对桥梁结构产生竖向动力效应的增大系数。
现今世界各国公路桥梁设计规范中有关冲击系数的规定，大都是在定值设计法概念下制定的。
不管是理论计算还是现场实测，都基于移动的汽车荷载与桥梁结构产生“共振”求得，这样得到的冲击系数(1+μ)是极大值。
它的不足之处是不能反映该数值在桥上出现的概率。
调查得知，这样的极大值在桥上实际发生的机会是极为稀少的。
为适应近似概率设计法的应用，公路桥梁冲击系数研究必然引进概率概念。
影响公路桥梁冲击系数的因素，归纳起来大致可分为三类：(1)汽车荷载本身的几何与动力特性；(2)桥梁结构的几何与动力特性；(3)激振及冲击的条件。
公路桥梁上通过的汽车荷载流是一个非列车化的问隙性连续流。
它的流量大小、车辆间距、轴重大小、行驶速度、车辆的横向位置、车辆的动力特性都具有明显的不确定性，是无法预知的。
这表明汽车荷载流本身具有明显的随机性。
截面几何性质计算+冲击系数计算
桥梁上部计算教程★截面几何性质计算+冲击系数计算大家在看完此贴后，如果对横向力分布系数计算感兴趣，你看另一帖/thread-55072-1-1.html计算过上部的人都知道，在计算横向力分布系数和冲击系数的时候都需要计算截面的抗弯惯距和抗扭惯距，下面就介绍几种方法来计算抗弯惯距和抗扭惯距（本教程拿30米简支转连续箱梁截面做样例）：一、在AUTOCAD中有一个命令massprop可以计算截面的面积、周长、质心、惯性矩操作简介：1、首先在CAD中画出如下图的图形；2、用region命令将图形转化成内外两个区域；3、用subtract命令求内外区域的差集；4、用move命令将图形移动至（0，0，0），用scale命令将图形单位调整为米；5、用massprop命令计算截面性质（可惜这个命令不能计算抗扭惯距）Command: mas MASSPROPSelect objects: 1 foundSelect objects:---------------- REGIONS ----------------Area（面积）: 1.2739Perimeter（周长）: 13.7034Bounding box（边缘）: X: -1.7000 -- 1.7000Y: 0.0000 -- 1.6000Centroid（质心）: X: 0.0000Y: 1.0458Moments of inertia: X: 1.7883Y: 0.7922Product of inertia: XY: 0.0000Radii of gyration: X: 1.1848Y: 0.7886Principal moments and X-Y directions about centroid:I: 0.3950 along [1.0000 0.0000]这就是惯距J: 0.7922 along [0.0000 1.0000]2008-6-6 23:10结果.jpg(132.71 KB)2008-6-6 23:00第二种方法：采用桥博计算截面惯距操作简介：本人使用的是桥博3.03，大家可以新建一个项目组，在新建项目上右键选择截面设计，选择C:\Program Files\TongHao\DoctorBridge30\EXAMPLES\Tool\DbDebug2.sds,当前任务类型选择截面几何特征，在截面描述中清除当前截面（包括附加截面还有主截面里面的钢筋），选择“斜腹板单箱单室”（大家在可根据自己计算的截面选择相应的截面，如果桥博内置的截面没有的话，可以选用从CAD中导入，ＣＡＤ导入将在后面的教程中介绍）输入截面相应的数据（附图）输出结果附后<<桥梁博士>>---截面设计系统输出文档文件: C:\Program Files\TongHao\DoctorBridge30\EXAMPLES\Tool\DbDebug2.sds文档描述: 桥梁博士截面设计调试任务标识:任务类型: 截面几何特征计算------------------------------------------------------------截面高度: 1.6 m------------------------------------------------------------计算结果:基准材料: 中交85混凝土:50号混凝土基准弹性模量: 3.5e+04 MPa换算面积: 1.27 m**2换算惯矩: 0.396 m**4中性轴高度: 1.04 m沿截面高度方向5 点换算静矩(自上而下):主截面:点号: 高度(m): 静矩(m**3):1 1.6 0.02 1.2 0.3143 0.8 0.3074 0.4 0.2435 0.0 0.0------------------------------------------------------------计算成功完成未完待续[本帖最后由gexiin 于2008-6-14 22:48 编辑]附件输入数据.jpg(153.31 KB)2008-6-6 23:31第三种方法：采用midas/SPC计算截面性质，也是编者向大家推荐采用的方法！！他不仅可以计算抗弯惯距而且可以计算抗扭惯距！！操作简介：1、首先需要大家把画好的截面存成dxf文件格式（需要把截面的内外区域放到一个图层里，截面单位与刚进SPC里选用的单位统一，本教程选用的单位为米，坐标系为大地坐标系）2、在File菜单中选择import/AUTOCAD DXF,然后选择文件，这时候大家就可以看到你画的截面就被导入SPC中了；3、选择model菜单中Section/Generate,用鼠标框选截面（被选择后线型变成红色）；4、这一步最关键，在apply正上方，有一个Caculate Properties Now复选框，勾选他，然后选择Aplly；5、选择Property菜单中的Display可以查阅Asx和Asy（抗剪面积）、Ixx和Iyy（这两项是抗弯惯距）、Ixy、J（抗扭惯距）。
随机车流下连续梁桥冲击系数谱实测与分析
随机车流下连续梁桥冲击系数谱实测与分析李彦伟;杜群乐;韩万水;乔磊【摘要】对1座连续梁桥在开放交通下的动响应进行了现场实测和分析.对试验桥的调查、测试和分析主要包括:路面粗糙度实测及功率谱密度分析、自振特性测试与分析、开放交通下的交通荷载观测以及相应的桥梁动位移和加速度实测.为了根据实测桥梁动位移响应确定冲击系数,采用低通Butterworth滤波器对实测动位移响应的动力部分进行滤除而保留了静力极值.此外,研究了冲击系数与车质量、车速之间的关系,采用K-S检验法分别按极值Ⅰ型分布类型对实测冲击系数进行了分布拟合检验,并基于统计方法确定了该桥的冲击系数,最后与各国规范确定的冲击系数进行了对比.结果表明:冲击系数随着车质量的增加而减小,冲击系数随着车速的增加在一个较宽的范围内整体上逐渐增大,实测冲击系数谱基本上服从极值Ⅰ型分布,采用统计方法确定的冲击系数小于很多国家规范确定值.%Field test and analysis were carried out for dynamic responses on a continuous bridge under open traffic. The inspection, testing and analysis for the tested bridge mainly consisted of the measurement of pavement roughness and analysis on power spectral density, the testing and analysis on natural vibration characteristics, the observation of traffic loads under open traffic and the corresponding measurements of dynamic displacement and acceleration on bridge. To determine impact factors in terms of measured dynamic displacement responses, low pass Butterworth filter was used for filtering the dynamic part of measured dynamic displacement and the static extreme values were reserved. In addition, the relations between impact factors and vehicle weights, vehicle speeds were studied, the distributionfit test was performed using K-S methodology for measured impact factors according to extreme- I type respectively. Finally, the impact factor of this bridge, which was determined by statistical method, was compared with code-specified impact factors of different countries. The results show that impact factor tends to decrease with increasing vehicle weight, and the impact factor increases gradually as the vehicle speed is increased within a wide range, moreover, the measured impact factor spectrum follows extreme- I type basically, the impact factor determined by statistical method is smaller than code-specified impact factors of many countries.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2012(029)003【总页数】9页(P31-39)【关键词】连续梁桥;冲击系数谱;随机车流;低通Butterworth滤波器;极值Ⅰ型分布【作者】李彦伟;杜群乐;韩万水;乔磊【作者单位】天津大学管理与经济学部,天津 300072;石家庄市交通运输局,河北石家庄050051;河北省公路管理局,河北石家庄050051;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安 710064【正文语种】中文【中图分类】U448.210 引言在中国现行的桥梁设计规范中，都是以冲击系数来描述移动车辆－桥梁系统相互作用的强迫振动和车辆对桥梁的动力冲击效应。
新规范冲击系数计算
混凝土信息(MPa)
标号 fcu,k
C50
连续梁
连续梁
ftd
Ec 跨径L（m)
0.00 3.45E+04
37
简支梁
f1
正弯矩区效应
f1
负弯矩区效应
f2
简支梁u
正弯矩u(跨中）
负弯矩区u（墩顶）
结构跨中 的截面惯矩
Ic
11.5046000 3.14029 4.33231 7.52522 0.1865 0.2434 0.3409
0.45 0.45
结构跨中的 单位长度质量
（kg/m) mc
1701.529052
面积m2 0.642
82.81875
混凝土信息(MPa)
标号 fcu,k
C50
连续梁
连续梁
ftd
Ec 跨径L（m)
0.00 3.45E+04
25
简支梁
f1
正弯矩区效应
f1
负弯矩区效应
f2
简支梁u
正弯矩u(跨中）
负弯矩区u（墩顶）
跨径L （m)
30 f1 f1 f2
结构跨中 结构跨 的截面惯 中的
Ic
6.7600000 5.742 7.92159
13.75981 0.2931 0.35 0.4476
mc
21547.4
面积m2 8.13
混凝土信息(MPa)
ftd
Ec
0.00 3.45E+04 简支梁
正弯矩区效应 负弯矩区效应
简支梁u 正弯矩u(跨中）
21.75 280.0 40.0
x
0
h
180.0
t
4x30m连续梁计算书
4x30m标准段计算书第一章概述1.1、工程简介上部标准段结构为预应力混凝土现浇箱梁结构，跨径4x30m，桥宽25m，梁高2m，桥面布置为0.5m（护栏）+11.75m（行车道）+0.5m（中央护栏）+11.75m （行车道）+0.5m（护栏），桥面铺装为10cm沥青混凝土+8cm C50混凝土。
梁体采用后张法预应力构件，结构计算考虑施工和使用阶段中预应力损失以及预应力、温度、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构的影响。
1.1.1、采用的主要规范及技术标准①、《工程建设标准强制性条文》建标【2000】202号②、建设部部颁标准《城市桥梁设计荷载标准》CJJ11-2011③、交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004④、交通部部颁标准《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007⑤、交通部部颁标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004⑥、建设部部颁标准《城市道路设计规范》CJJ37-90技术标准：1、道路等级：快速路2、设计车速：主线60km/h。
3、设计荷载：公路—Ⅰ级。
4、地震烈度：Ⅶ度，地震动峰值加速度0.1g。
5、横断面：0.5m（防撞护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央防撞护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（防撞护栏）=25m6、桥梁结构设计安全等级：一级7、路面类型：沥青混凝土路面。
1.1.2、应用的计算软件①、Midas CIVIL 2010②、桥梁博士3.1.0(同豪土木)1.1.3、主要参数及荷载取值1）主梁：C50混凝土，γ=26kN/m3，强度标准值f ck=32.4MPa，f tk=2.65MPa。
强度设计值f cd=22.4MPa，f td=1.83MPa，桥梁达到设计强度的100%张拉2）二期恒载：桥面铺装沥青混凝土部分：0.1×24×24=57.6KN/m；桥面铺装防水混凝土部分：0.08×24×26=49.92KN/m；两侧防撞护栏（单个）：0.47×26=12.22KN/m（考虑部分声屏障）；中央防撞护栏：0.40×26=10.4KN/m；3）预应力钢束采用1860级φs15.20钢绞线，公称面积139.0mm2，标准强度f pk=1860MPa(270级)，张拉控制应力σcon=1350MPa。