车辆竖向冲击力

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1、车辆竖向冲击力在课本中关于车辆荷载只简单介绍了车辆静荷载，这里我们向大家介绍些有关车辆竖向冲击力车辆动荷载的一种的一些知识，希望能丰富大家的相关知识。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Wallis开始，理论成果日益丰富。60年代我国李国豪教授研究了拱桥的车辆振动问题。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，我国不少学者在

2、这一领域做了很多研究工作。在移动的汽车荷载作用下，汽车以较大的速度驶过桥梁时，由于桥面不平整、车轮有一定的偏心，以及发动机本身运转所产生的振动，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梁结构的冲击力。在这种情况下，运行中的车辆荷载对道路桥梁结构所引起的应力及变形比同样大小的静荷载所引起的大。道路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、外的各种道路桥梁设计规范中，均采用把汽车荷载竖向静力效应乘以一个增大系数(1+)作为计入汽车荷载竖向动力效应的总竖向荷载效应。即： (1)根据式(1)，将

3、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+)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

4、车荷载流是一个非列车化的间隙性连续流。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。 公路桥梁结构的几何尺寸、材料的容重、弹性模量等也都是随机的。 汽车荷载流通过公路桥梁时的初始条件(如：路桥连接缝的结构状态、引道路面平整度等)和桥面的平整度等因素，也具有不确定性。这些都是移动的汽车激振和对公路桥梁结构产生振动、冲击等最重要的随机因素。 由此我们可认识到，公路桥梁冲击系数是反映诸多影响因素随机组合产生振动、冲击等效应的一个综合性系数，具有明显的随机性。 另外，公路桥梁冲击系数与时间没有明显的关

5、系。它的取值，充满了某一实数区间，不能用一个有限或无限数列表示。因此，现阶段，我们把公路桥梁冲击系数用连续随机变量概率模型进行研究。但是，公路桥梁冲击系数的概率分布及统计参数由于随机模拟汽车流、桥梁激振基冲击条件等十分困难，从公路桥梁随机与随机冲击等问题的理论研究入手，来解决公路桥梁冲击系数问题，条件尚不成熟。为此，我们的研究从现场实测入手，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，用概率与数理统计的方法来研究公路桥梁冲击系数的统计规律。下面，我们举钢筋混凝土拱桥的例子来说明冲击系数的取值方法。对于钢筋混凝土拱桥，研究表明桥面平整度是引起桥梁车辆振动的主要因素，因此有研究人员通过如下

6、桥模型（图2）进行了桥面平整度对大跨度混凝土拱桥车辆振动的影响的研究。根据动力试验，取mv=64 000kg、kv=15.0106N/m、cv=1.6105N/(ms)，试验测得车速v=34.8km/h，跨中最大动挠度为6.15mm。在该车速下进行各级桥面等级下动力相应计算分析，其结果见表13。表1 车速v=34.8km/h时桥面不同等级下拱桥最大竖向位移桥面状况动力响应跨中1/4桥跨位移/mm动力放大系数位移/mm动力放大系数不考虑桥面平整度6.131.0257.791.028很好6.511.0897.981.053好6.791.1358.351.101一般7.781.3019.511.25

7、4差9.841.64511.531.521很差11.551.93113.101.728表2 车速v=34.8km/h时桥面不同等级下拱桥最大弯矩桥面状况动力响应跨中1/4桥跨拱脚弯矩/kNm动力放大系数弯矩/kNm动力放大系数弯矩/kNm动力放大系数不考虑桥面平整度42.11.15336.81.168-42.01.687很好38.51.05535.71.133-37.71.514好39.51.08234.61.098-35.51.426一般44.91.23033.01.048-29.61.189差55.91.53237.31.01442.41.703很差66.91.83342.11.33756

8、.32.261表3 车速v=34.8km/h时桥面不同等级下拱桥最大轴力桥面状况动力响应跨中1/4桥跨拱脚轴力/kN动力放大系数轴力/kN动力放大系数轴力/kN动力放大系数不考虑桥面平整度746.11.065872.71.102269.71.769很好760.11.085863.91.091243.11.594好787.51.124858.41.084226.91.488一般888.91.269843.71.065187.71.231差1130.21.613960.71.213270.11.771很差1332.61.9021077.01.360371.62.437根据国际标准协议的路面随机平整

9、度能量普密度函数得到桥面竖向不规则沿纵向分布函数，提出车桥振动分析的新方法，采用种方法把车辆的质量，刚度以及桥面平整度对桥梁车辆震动的影响转换成外荷载的形式，这样就简化了车桥振动有限元模型。考虑大跨度钢管混凝土拱桥成桥状态下出适应力的影响，结合工程实例进行五种不同等级考虑大跨度钢管混凝土桥面下的车桥振动分析。通过研究得出以下结论：（1）桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥车辆震动位移响应有很大影响，对跨中处振动的影响最大，桥面等级“很差”时跨中处位移系数是“很好”时的两倍左右。因此在此类桥梁的设计中，应该考虑桥面平整度的影响，并按桥面等级为“好”来确定冲击系数，对于跨度100m左右的钢管混凝土桥，

10、冲击系数可取为0.2。（2）设计中，按位移控制时，冲击系数可按跨中位移动力放大系数取值；按弯矩控制时，冲击系数可按拱脚处弯矩放大系数取值；按轴力控制时，可按跨中处轴力放大系数取值。综合各类研究结果，对试验的结果分析整理而确定了一系列冲击系数，设计中可按不同结构种类和跨度大小选用相应的冲击系数。 一般工程建设标准如下： 1、钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、混凝土桥和砖石拱桥等的上部构造以及钢、钢筋混凝土支座、橡胶支座或钢筋混凝土柱式墩台，应计算汽车的冲击力。 2、填料厚度(包括路面厚度)等于或大于50cm的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计冲击力。 3、钢筋混凝土及预应力混凝土、混凝土桥涵和砖石砌筑

11、的桥涵等的冲击系数，可按表-4采用。 4、钢桥的冲击系数，可按表-5采用。 表-4 钢筋混凝土及预应力混凝土、混凝土桥涵和砖石砌桥涵的冲击系数结构种类跨径或荷载长度（m）冲击系数梁、钢构、拱上构造、柱式墩台、涵洞盖板0.300拱桥的主拱圈或拱肋0.200表-5 钢桥的冲击系数结构种类冲击系数主桁（梁、拱）、联合梁、桥面系、刚墩台等15/37.5+L吊桥的主桁、主锁货主链、塔架50/70+L注：对于简支的主梁、主桁、拱桥的拱圈等主要构件，L为计算跨径长度。对于悬臂梁、连续梁、刚构、桥面系构件、仅受局部荷载的构件以及墩台等，L为其相应内力影响线的荷载长度(即为各荷载区段长度之和)。当L值在表232

12、-1所列数值之间时，冲击系数可用直线内插法求得。 另外，平板挂车和履带车不计冲击力，而且由于结构上的填料能起到缓冲及扩散冲击荷载的作用，故对于拱桥、涵洞、重力式墩台，当填料厚度（包括路面）大于等于50CM时，可以不计冲击作用。最近的研究成果把动力系数分为两部分：一为适用于连续完好的线路部分1；另一为受线路不均匀性影响部分2。动力系数则为1与2之和。并在计算公式中，除考虑桥梁的跨度外，还反映了车辆的运行速度和桥梁结构的自振频率。（由于资料有限，这里不作详解）通过上面的说明，我想大家应该对车辆竖向冲击系数这个系数有了一定的了解。我们将来也是有很大的可能会参与到有关的设计或者检核中，把握好该系数可以说是有很大的用处的。以上即为我们小组研究所得，由于资料的有限，也许有些生硬难懂的地方，也许有些不完全之处，敬请谅解。