连续梁桥汽车冲击系数试验及数值研究

公路简支梁连续结构体系桥梁的冲击系数及影响因素研究摘要：简支梁连续结构体系是一种性价比较高的桥梁体系之一，是非常适用于传统钢混结合桥与钢筋混凝土桥梁建造的结构形式。

但简支梁连续结构体系的设计理论存在着很多不足之处，所以在运营不久后两梁端连接处经常发生破坏，给行车安全和舒适度带来了一定的影响。

近年来许多学者对简支梁连续结构体系展开了一系列的研究，力争合理设计简支梁连续结构，从而延长结构的耐久度。

但并没有人从动力学角度进行相应的系统的研究，而冲击系数是桥梁受动荷载作用影响表征的关键参数之一，所以本文以俄罗斯联邦远东洲际公路的2x42m长的薄壁钢混桥“达姆咖”作为研究背景，对其冲击系数及影响因素进行研究分析，并提出两梁间的附加结构连接板是冲击系数的重要影响因素，而在简支梁连续结构中橡胶支座与钢支座相比具有有一定的优越性，并可以减少桥面磨损度延长结构的使用寿命,其研究结果对简支梁连续结构的设计具有一定的参考价值。

关键词：简支梁连续结构体系；冲击系数；桥面磨损度；附加连接装置；连接板；有限元模型；薄壁钢混桥Abstract: the simply supported beam continuous structure system is a kind of high cost performance of the bridge system, it is very suitable with the traditional steel bridge and reinforced concrete bridge built structure. But simply supported beam continuous structure system design theory there are many deficiencies, so in operation soon two beam end joint destruction, often happens to traffic safety and comfort brought certain effect. In recent years, many scholars of the beam continuous structure system launched a series of research, and strive to reasonable design of simply supported beam continuous structure, so as to extend the durability of the structure. But no one from the dynamic Angle corresponding system research, while the impact factor is bridge by dynamic load effect representation of one of the key parameters, so this paper to the far east Russian federal interstate highway 2 x42m long thin wall steel bridge “damm coffee” as the research background, the impact factor and influence factors of research and analysis, and puts forward two beam between the additional structural connection plate is important influence factors of impact coefficient, and in continuous beam structure of rubber bearing and steel support compared with have certain advantages, and can reduce the degree of wear bridge extend the service life of the structure, the research results of the beam continuous structure design to have the certain reference value.Keywords: simply supported beam continuous structure system; Impact factor; Bridge deck wear degree; Additional connection; Connecting plate; The finite element model. Thin wall steel bridge1．简支梁连续结构体系的发展历程：简支梁无缝桥面始于20世纪30年代的美国，60年带开始迅速发展，到现在已经相当普及了。

公路桥梁的冲击系数及其研究现状［摘要]本文扼要综述了目前世界各国对公路桥梁冲击系数的理论与实验研究情况，介绍了国外几个国家现在所采用公路架桥和曲桥的冲击系数、并对国外公路桥梁动为荷载的理论分析方法及最新成果作了综合报导。

关键词公路桥梁冲击系数分析理论一．概述公路桥梁车辆引起的振动问题一直是工程界一个十分感兴趣的课题。

它的研究自1849年WilliS开始，理论成果日益丰富。

20世纪50年代BiggS假设车辆为弹簧支承的单质量刚体分析了桥梁车辆振动问题，并得到实验验证。

60年代我国李国豪教授研究了拱桥的车辆振动问题。

随着计算机及有限元法的出现，Veletsos 和黄提出了分析桥梁车辆振动的数值方法。

80年代，我国项海帆教授指导他的博士生，对我国公路桥梁的冲击系数做了很有价值的研究。

90年代Wang和黄东洲将车辆和桥梁模拟为空间结构，路面竖向的不平顺假设为一平稳各态历经的随机过程，研究了多梁式桥、斜拉桥、刚架桥、曲线桥、斜桥及箱梁桥的车辆振动问题，得到了不少重要结论。

此外，我国不少学者在这一领域做了很多研究工作，限于篇幅，这里就不-一列举。

在大量理论研究的同时，世界各国对桥梁车辆做了大量的实测研究，1958年美国AASHTO对18座跨径为15m的公路桥梁进行了测试，结果最大位移冲击系数为 0.63，但只有5％超过0、4，最大应力冲击系数为0.41，但只有5％超过0.29。

1956～1957年加拿大在Ontario实恻 352座公路桥梁的动力放系数．最大力为0.75，但大多数不超过 0.3，已发现较大的冲击系数发生在基频为2-sHz的桥梁。

1969～1971年加拿大在Ontario进行了第二次桥梁车辆振动的实测研究，实测结果最大冲击系数在 0.3～0.85之间，Page和 Leonard（1976）报告了英国交通与道路研究室对 30座公路桥梁的实测结果，冲击系数在0.1～0.75之间，他们还报导，如路面上设置一平滑的板块，冲击系数可达2.0。

公路桥梁的冲击系数及其研究现状［摘要]本文扼要综述了目前世界各国对公路桥梁冲击系数的理论与实验研究情况，介绍了国外几个国家现在所采用公路架桥和曲桥的冲击系数、并对国外公路桥梁动为荷载的理论分析方法及最新成果作了综合报导。

关键词公路桥梁冲击系数分析理论一．概述公路桥梁车辆引起的振动问题一直是工程界一个十分感兴趣的课题。

它的研究自1849年WilliS开始，理论成果日益丰富。

20世纪50年代BiggS假设车辆为弹簧支承的单质量刚体分析了桥梁车辆振动问题，并得到实验验证。

60年代我国李国豪教授研究了拱桥的车辆振动问题。

随着计算机及有限元法的出现，Veletsos 和黄提出了分析桥梁车辆振动的数值方法。

80年代，我国项海帆教授指导他的博士生，对我国公路桥梁的冲击系数做了很有价值的研究。

90年代Wang和黄东洲将车辆和桥梁模拟为空间结构，路面竖向的不平顺假设为一平稳各态历经的随机过程，研究了多梁式桥、斜拉桥、刚架桥、曲线桥、斜桥及箱梁桥的车辆振动问题，得到了不少重要结论。

此外，我国不少学者在这一领域做了很多研究工作，限于篇幅，这里就不-一列举。

在大量理论研究的同时，世界各国对桥梁车辆做了大量的实测研究，1958年美国AASHTO对18座跨径为15m的公路桥梁进行了测试，结果最大位移冲击系数为 0.63，但只有5％超过0、4，最大应力冲击系数为0.41，但只有5％超过0.29。

1956～1957年加拿大在Ontario实恻 352座公路桥梁的动力放系数．最大力为0.75，但大多数不超过 0.3，已发现较大的冲击系数发生在基频为2-sHz的桥梁。

1969～1971年加拿大在Ontario进行了第二次桥梁车辆振动的实测研究，实测结果最大冲击系数在 0.3～0.85之间，Page和 Leonard（1976）报告了英国交通与道路研究室对 30座公路桥梁的实测结果，冲击系数在0.1～0.75之间，他们还报导，如路面上设置一平滑的板块，冲击系数可达2.0。

车辆——桥梁耦合系统动态应变及冲击系数测试实验一、实验目的：1.掌握结构系统动态应变测试方法；2.掌握桥梁结构冲击系数的概念，能够分别利用加速度信号和动态应变数据计算冲击系数；3.能够使用动态信号测试系统及相应的软件，并对实验结果进行合理的分析；二、实验内容：1）动态应变测试实验：对车辆过桥时，桥梁各测点的动态应变数据进行采集，并分析；2）冲击系数测试实验：设置两种工况，正常跑车和跳车实验工况，分别对这两种工况下加速度信号和动态应变数据进行采集，分析得到相应的冲击系数。

三、实验仪器及实验框图1.实验仪器：加速度传感器、电荷适调器、应变片、应变适调器、信号采集分析系统（DH5922测试分析系统）、计算机及结构动态分析软件、斜拉桥模型、车辆模型、测试导线、跳车实验用垫块等2.实验框图：四、实验步骤：1.动态应变测试实验1）在斜拉桥模型上选择测点，并编号，本实验选择了5个测试点，编号分别为1-5，选择3号测点为参考点，位于斜拉桥中跨跨中位置；2）将应变片粘贴在模型测点处(已粘贴好)，应变片通过导线连接到应变适调器，其中工作片接+Eg，补偿片接-Eg，公共线接Vi+，应变适调器对应测点号接入测试分析系统的相同编号的通道；3）DH5922测试分析系统与电脑连接并接通电源；4）打开DH5922测试分析系统开关，待指示灯指示正常后，打开电脑桌面“动态信号集成系统”数据采集软件，进入操作界面；5）创建一个新项目，分析类型选择频谱分析，并设置运行参数、系统参数、通道参数等；6）通道平衡，清零，开始采样，采用跑车激励，达到采样时间，停止采样；7）对采集到的数据进行分析；2.冲击系数测试实验这一部分实验，通过测试两种跑车工况下斜拉桥模型的振动特性，得到冲击系数。

工况1为正常情况下跑车激励，工况2在跨中(3号测点)放置垫块，模拟跳车实验。

下面以振动加速度的测试为例进行介绍，应变测试情况与之类似。

1）工况1正常跑车激励情况下的测点布置，仪器连接，以及数据采集部分，操作步骤均与采用车辆激励进行模态分析实验的操作流程相同。

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。

桥梁结构冲击系数探究0 引言车辆以一定的速度驶过桥梁，会造成桥梁结构的竖向强迫振动，由于振动惯性力的存在，就会产生动力增大效应。

根据静力学原理，这种增大效应通过将车辆荷载与移动的车辆驶过桥梁结构时对桥梁结构产生的空间竖向动力效应的增大系数乘积来反映。

在公路桥梁设计规范中，这个增大系数用冲击系数表示。

它与车-桥频率耦合、结构形式、桥梁跨度、桥面平整度、行车速度、桥梁结构阻尼比等因素有关。

其中桥面平整度是决定实测冲击系数大小的重要因素。

理论上说：当移动车辆荷载作用于桥梁结构时，路面的凸凹会导致行驶车辆振动加剧，车辆的振动反作用于桥梁结构，致使桥梁结构的振动也加剧，形成車—桥相互作用的放大系统[1]。

当车辆自身的振动频率与桥梁结构振动的主导频率相近时，还会形成车—桥耦合振动，致使冲击振动效应进一步扩大。

而车辆在桥梁上的行驶速度对冲击系数测试结果的影响是多方面的。

因为当车速较大时，车辆自身的振动加剧，致使激励力也随之增大。

但车辆与桥梁之间的接触时间会相应减少，结构振动所累积的能量也相应减少，冲击效应未必达到最大值。

因此本文根据某预应力混凝土梁桥的实际测试结果分析桥面平整度和行车速度对冲击系数的影响。

1 试验概况某座单跨30米的预应力混凝土简支梁桥为双线12车道。

桥面为两幅设计，每幅宽度25米，两幅间设置纵向沉降缝。

桥梁上部为16片C50的预制预应力混凝土小箱梁结构，预制梁高1.7米。

桥面铺装由10cm混凝土铺装+10cm混凝土铺装，桥梁横坡由桥台及小箱梁调整。

主体结构下部为扶壁式桥台结构。

基础均采用钻孔灌注桩，桩径1.2m。

为了使动载试验荷载效率接近1.0，采用总重50t的三轴试验车辆在桥面废土清理及桥面铺装重做前后对桥梁进行脉动试验和跑车试验。

根据桥梁的振动响应，考察不同平整度和不同车速对桥梁冲击系数的影响。

试验中采用高灵敏加速度传感器和应变传感器拾取结构响应信号，动力试验测点布置在跨中截面。

2 试验结果2.1 脉动试验结果分析依据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004[2]规定的计算方法计算得出该桥理论计算基频为5.038Hz。

三跨连续刚构桥冲击系数试验研究作者：刘超来源：《科学与财富》2019年第12期摘要：对比了国内外冲击系数的相关规定，通过一座预应力混凝土连续钢构桥的现场试验，对冲击系数的试验过程进行了介绍和检测结果分析，试验结果表明单独采用基频计算动力冲击系数难以准确全面的反应实际情况，还要充分考虑桥面的平整度等级，对冲击系数的计算和试验提供了参考。

关键词：预应力混凝土连续钢构桥；冲击系数；行车试验；平整度1引言行驶中的车辆对桥梁产生冲击作用，增大了桥梁的响应，以动力冲击系数（u）衡量车辆荷载对桥梁的影响。

2不同国家规范中u的规定2.1中国规范公路桥涵通用设计规范（2015）规定：2.2美國规范根据美国《公路桥梁状态评估、荷载与抗力评定手册》，进行桥梁强度和服役极限状态评定时，动力冲击系数取0.33。

2.3英国规范英国钢桥、混凝土桥和组合桥规范（BSI 2006）规定，u采用0.25。

通过对比计算，发现同等桥梁条件下，英、美两国计算冲击系数的取值比我国要高。

3工程案例实践分析3.1工程概述对象为35m+60m+35m连续刚构桥，预应力混凝土单箱双室截面，桥型立面图见图1。

通过静载试验，得到挠度校验系数为0.62，强度满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）相关规定要求，结构处于弹性工作状态。

3.2自振频率计算和测定采用Midas/Civil有限元软件对结构进行特征值分析，主梁采用空间梁单元模拟，桥面铺装及防撞墙作为附加质量作用于主梁上，模型共106个节点、98个单元，桥梁计算频率振型见图2，采用跑车试验，现场实测前三阶竖向振动频谱图见图3，表2为模态参数所对应的实测值与理论值，实测频率大于计算频率，桥梁刚度较大，桥梁状态良好。

3.3动力冲击系数的测定无障碍行车试验：采用两辆载重310kN双后轴卡车，沿桥中心线并列同向以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的车速，匀速通过主桥，发现中跨跨中动挠度最大，无障碍行车动挠度时程曲线见图4。

引用格式：李杰, 汪邦瑞, 胡元宏, 等. 车桥耦合连续梁-拱组合桥冲击系数研究[J]. 中国测试，2024, 50(2): 100-106. LI Jie, WANG Bangrui, HU Yuanhong, et al. Study on impact coefficient of continuous beam arch composite bridgebased on vehicle-bridge coupled vibration[J]. China Measurement & Test, 2024, 50(2): 100-106. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2022040113车桥耦合连续梁-拱组合桥冲击系数研究李 杰1， 汪邦瑞1， 胡元宏1， 张军锋1， 叶雨山2， 张承实2(1. 郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001; 2. 中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450004)摘　要: 为了得到连续梁-拱组合桥真实的冲击系数，以某三跨连续梁-钢管混凝土拱组合桥为依托，考虑车桥耦合振动效应，利用ANSYS 建立大桥空间梁单元模型和车辆的三轴半车模型，分析桥面不平度、车速、车辆数对主梁不同部位及不同响应冲击系数的影响，并以车速和桥面不平度为自变量得到冲击系数二元回归公式，最后利用2座基频相近桥梁冲击系数的实测数据验证该公式。

结果表明：桥面不平度对冲击系数影响最大，当桥面不平度达到B 级以上，冲击系数超过规范值，最大可达规范值5.42倍；对于主梁，不同外部激励、不同响应和不同部位的冲击系数存在差异，部分冲击系数超出规范值；该文给出的冲击系数回归公式可用于类似结构主梁冲击系数估算。

关键词: 桥梁工程; 回归公式; 数值分析; 冲击系数; 车桥耦合中图分类号: U442.5文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2024)02–0100–07Study on impact coefficient of continuous beam arch composite bridgebased on vehicle-bridge coupled vibrationLI Jie 1, WANG Bangrui 1, HU Yuanhong 1, ZHANG Junfeng 1, YE Yushan 2, ZHANG Chengshi 2(1. School of Civil Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2. China Construction SeventhEngineering Division Corp., Ltd., Zhengzhou 450004, China)Abstract : In order to obtain the true impact coefficient of continuous beam arch composite bridge, based on a three span continuous beam concrete-filled steel tubular arch composite bridge, considering the vehicle bridge coupling vibration effect, the spatial beam element model of the bridge and half vehicle model with three axles are established by ANSYS. The influences of bridge deck unevenness, number of vehicles and vehicle speed on the impact coefficients of different parts and responses of the main beam are analyzed. The binary regression formula of impact coefficient is obtained by taking vehicle speed and bridge deck unevenness as independent variables. Finally, the formula is verified by the measured data of impact coefficients of two bridges with similar fundamental frequencies. The results show that the unevenness of the bridge deck has the greatest impact on the impact coefficient. When the unevenness of the bridge deck reaches grade B, the impact coefficient exceeds the value of the specification and the maximum amplitude can reach 5.42 times of the specification value. For the main beam, the impact coefficients of different external excitation, different收稿日期: 2022-04-18；收到修改稿日期: 2022-06-04基金项目: 河南省社发领域科技攻关项目(192102310227)； 河南省交通运输科技计划（2021J2）作者简介: 李　杰（1974-），男，陕西宝鸡市人，教授，博士，主要从事桥梁施工监测与控制、桥梁结构理论及力学行为研究。

【基金项目】浙江省交通运输厅科技计划项目（2015-2-47）；宁波市交通运输科技计划项目（202104）【作者简介】吕俊平（1975~），男，浙江义乌人，高级工程师，从事道桥工程研究。

车辆对桥梁伸缩缝冲击效应的实验研究Experimental Analysis on the Impact Effect of the Vehicle on Bridge Expansion Joint吕俊平1，韩凌霞2，丁勇3（1.金华市交通工程质量监督站，浙江金华321302；2.浙江大学建筑设计研究院有限公司，杭州310063；3.宁波大学土木工程系，浙江宁波315211）LYU Jun-ping 1，HAN Ling-xia 2，DING Yong 2(1.Jinhua Traffic Engineering Quality Supervision Station,Jinhua 321302,China;2.The Architectural Design &Research Institute of Zhejiang University Co.Ltd.,Hangzhou 310063,China;3.Department of Civil Engineering of Ningbo University,Ningbo 315211,China)【摘要】为研究车辆经过桥梁伸缩缝时产生的局部冲击效应，建立了车辆与桥梁伸缩缝的缩尺模型进行实验研究。

以车辆经过伸缩缝处时的车轮动态轮压作为评价指标，分析伸缩缝宽度、行车速度、小车质量等参数对局部冲击效应的影响。

分析结果表明：（1）车辆轮胎荷载的冲击系数随着小车行驶速度的增大而逐渐增大，随着桥梁伸缩缝宽度的增加而逐渐增大，随着小车整体质量的增加而逐渐减小；（2）最大冲击系数可能超过我国桥梁规范给定的数值。

【Abstract 】In order to studythe local impact effect when the vehicle passes across the bridge expansion joint,scale models of the vehicle and thebridge expansion joint are fabricated for experimental research.The dynamic wheel impact force of the wheel when the vehicle passes across the expansion joint is taken as the evaluation index to analyze the influence of the parameters on the local impact effect,such as the width of bridge expansion joint,thevelocityand themassofthe vehicle.The results of the experiments indicate that:(1)The impact factor of the wheel load of the vehicle increases with the increase of the vehicle velocity,increases with the increase of the gap width in the bridge expansion joint,and decreases with theincrease ofthemassofthevehicle;(2)The maximum impactcoefficient mayexceed thevaluegiven in thebridge codeofChina.【关键词】桥梁伸缩缝；局部冲击效应；实验研究；桥梁工程【Keywords 】bridgeexpansion joint;localshock effect;experimental study;bridge engineering 【中图分类号】TB21；U446【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2022）01-0050-03【DOI 】10.13616/ki.gcjsysj.2022.01.0151引言移动车辆对桥梁长期的反复作用可能导致桥梁结构的疲劳和破坏，尤其是当车辆经过伸缩缝时发生的跳车现象，会对桥梁产生较大的局部冲击效应，导致桥头位置的伸缩缝、桥面板等极易破坏，需经常性地维护和更换[1，2]。

冲击系数U计算1.基本计算公式：当f<1.5Hz时，u=0.05当1.5Hz≤f≤14Hz时，u=0.1767ln(f)-0.0157当f>14Hz时，u=0.45f —— 结构基频（桥梁自振频率)2.结构基频（桥梁自振频率)计算公式：桥梁的结构基频（桥梁自振频率)宜采用有限元方法计算，对于常规结构，也可采用下列公式估算。

1) 简支梁桥l —— 结构的计算跨径（m）E —— 结构材料的弹性模量（N/m2)I c —— 结构跨中截面的截面惯性矩（m4）m c —— 结构跨中处的单位长度质量（kg/m）G —— 结构跨中处延米结构重力（N/m）g —— 重力加速度，g=9.81（m/s2）2) 连续梁桥l —— 结构的计算跨径（m）E —— 结构材料的弹性模量（N/m2)I c —— 结构跨中截面的截面惯性矩（m4）m c —— 结构跨中处的单位长度质量（kg/m）G —— 结构跨中处延米结构重力（N/m）g —— 重力加速度，g=9.81（m/s2）计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用f1；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用f2。

3） 拱桥4） 斜拉桥3.结果输出(简支梁)：l —— 结构的计算跨径（m）31E —— 结构材料的弹性模量（N/m2) 2.06E+11I c —— 结构跨中截面的截面惯性矩（m4）0.190829m c —— 结构跨中处的单位长度质量（kg/m）3158.6830.402383158.683G —— 结构跨中处延米结构重力（N/m）30986.68g —— 重力加速度，g=9.81（m/s2）9.81f1= 5.76u=0.294。