作者系長安大學(xué)在役橋梁研究中心-結(jié)構(gòu)智能檢測技術(shù)研究所周勇軍,、趙煜教授

 在役橋梁研究中心簡介：本中心旨在搭建研究平臺,開展橋梁檢測評估方法,、橋梁荷載試驗理論、在役橋梁損傷分析,、結(jié)構(gòu)安全性靜動態(tài)評價,、混凝土橋梁損傷評估、混凝土橋梁耐久性分析與設(shè)計,、橋梁承載力分析預(yù)測,、時變可靠度分析預(yù)測、橋梁加固理論及工程實(shí)踐,、橋梁智能檢測技術(shù)及設(shè)備研發(fā)等方面的研究,推動在役橋梁結(jié)構(gòu)安全評估研究的發(fā)展,。中心現(xiàn)有科研人員18人,其中教授8人,副教授、高級工程師8人,。主持和參與《橋梁荷載試驗規(guī)程》( JTGT J2101-2015),、《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范 JTG/TJ22-2008》、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》( JTG/T J21-2011),、《公路橋梁施工監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)等一系列公路橋梁檢測,、評估、監(jiān)測及試驗方面的規(guī)范和規(guī)程,。

引言

汽車以一定的速度在橋梁上行駛時,，橋梁產(chǎn)生的應(yīng)力與變形效應(yīng)比大小相等的靜載引起的效應(yīng)要大一些，這種由于荷載的動力作用使橋梁發(fā)生振動而造成內(nèi)力或變形增大的現(xiàn)象稱為汽車荷載沖擊作用,。汽車荷載的這種沖擊力一般用汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)來表示,。當(dāng)車輛行駛的振動頻率與橋跨結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率接近時，形成共振,，此時,，汽車荷載沖擊力效應(yīng)比靜態(tài)效應(yīng)大許多,。雖然針對沖擊系數(shù)的研究開展得較早，但由于影響公路橋梁沖擊系數(shù)的因素很多,，公路橋梁結(jié)構(gòu)體系極為復(fù)雜,，公路橋梁沖擊系數(shù)仍然是近些年來的研究熱點(diǎn)之一。

1 沖擊系數(shù)的計算方法

目前沖擊系數(shù)主要有三種計算方法：定義法,，規(guī)范法和試驗分析法,。

1.1 定義法

汽車引起的沖擊系數(shù)為^[1]：

      （1）

式中：為當(dāng)汽車荷載過橋時截面動態(tài)效應(yīng)（撓度或應(yīng)變）的最大峰值；為同一汽車荷載靜止作用于橋梁截面時所對應(yīng)的最大靜態(tài)效應(yīng)（撓度或應(yīng)變）值,。

目前多數(shù)文獻(xiàn)中的沖擊系數(shù)理論值均采用該計算方法,。

1.2 規(guī)范法

公路橋梁設(shè)計時，汽車的沖擊力采用汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以沖擊系數(shù)來表達(dá),。各國規(guī)范對沖擊系數(shù)的規(guī)定也不盡相同,，但歸納起來有以下三種方式：

（1）與橋梁跨徑有關(guān)

世界各國根據(jù)試驗結(jié)果制定了隨跨徑L遞減函數(shù)的沖擊系數(shù)（動態(tài)增量）公式，其典型形式為：

?。?/span>2）

式中：a,b均為統(tǒng)計回歸常數(shù),，L為計算跨徑或影響線加載長度。

如美國的AASHTO（1992）Standard Specifications for Highway Bridges沖擊系數(shù)定義為：

           （3）

在中國1989 年版的《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）中,，也采用了式（2）的表達(dá)形式,，見圖1，2所示,。

圖1 RC及PC橋涵和磚石砌橋涵沖擊系數(shù)

圖2 鋼橋的沖擊系數(shù)

注: 對于懸臂梁,、連續(xù)梁、剛構(gòu)等,，L為各荷載區(qū)段長度之和,。

日本JRA（1996年）規(guī)范規(guī)定沖擊系數(shù)和橋梁結(jié)構(gòu)形式、荷載類型及跨徑有關(guān)^[2],，見圖3,。

圖3 日本1996 年JRA 規(guī)范的沖擊系數(shù)

圖4 新西蘭NZTA（2013）的沖擊系數(shù)

新西蘭NZTA（2013）the New Zealand Transport Agency Bridge Manual 中規(guī)定，彎矩沖擊系數(shù)與跨徑的關(guān)系見圖4所示,。圖中,，設(shè)計正彎矩效應(yīng)時，L為跨徑,，設(shè)計負(fù)彎矩效應(yīng)時,，L為相鄰跨徑的平均值。對于剪力,、支反力及懸臂結(jié)構(gòu)和板橋中的彎矩沖擊系數(shù)均取0.3,。

歐洲規(guī)范CEN (2003年) Actions on Structures針對一般的路面狀況和汽車輪胎彈簧系統(tǒng)狀況，制定了與荷載類型有關(guān)的沖擊系數(shù),，該沖擊系數(shù)是跨徑和車道數(shù)的函數(shù),。見圖5所示,。

圖5 歐洲規(guī)范CEN (2003)的沖擊系數(shù)

對于四車道,，彎矩和剪力沖擊系數(shù)均為0.1,，在最不利條件下,即伸縮縫附近處的截面,需要額外再考慮一個放大系數(shù)：

              （4）

式中：D是設(shè)計截面至伸縮縫的距離。

（2）與豎彎頻率有關(guān)

橋梁結(jié)構(gòu)的豎向彎曲基頻反映了結(jié)構(gòu)的尺寸,、類型,、建筑材料等動力特性，不管橋梁的建筑材料,、結(jié)構(gòu)類型是否有差別,，也不管結(jié)構(gòu)尺寸與跨徑是否有差別，只要結(jié)構(gòu)的基頻相同,，在同樣的汽車荷載下就能得到基本相同的系數(shù),，這是目前有些國家規(guī)范制定沖擊系數(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)。如加拿大OHBDC(1983)The Ontario Highway Bridge Design Code 規(guī)定橋梁的沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)的第一階頻率有關(guān),，見圖6,。

圖6 加拿大OHBDC(1983)的沖擊系數(shù)

圖7 JTG D60-2015的沖擊系數(shù)

中國《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D 60-2004，JTG D 60-2015）規(guī)定沖擊系數(shù)計算如圖7,。汽車的局部加載及在T梁,、懸臂板上的沖擊系數(shù)采用0.3。為了給出常規(guī)橋梁的沖擊系數(shù)值,，規(guī)范同時給出了簡支梁,、連續(xù)梁、拱橋,、斜拉橋,、懸索橋豎向振動基頻的解析表達(dá)式。

（3）其他相關(guān)規(guī)定

中國的《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》(JTG D 64-2015)^[3]規(guī)定：進(jìn)行正交異性鋼橋面板承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時,，為簡化計算,，橋面上汽車局部荷載作用的沖擊系數(shù)采用0.40。

美國AASHTO (1989) Guide Specification for strength Evaluation of Existing Steel and Concrete Bridges中規(guī)定,，沖擊系數(shù)是與路面不平整相關(guān)的常數(shù),，變化范圍0.1~0.3。而AASHTO (1998)及AASHTO (2012)^[4]規(guī)范規(guī)定,，對橋梁的接縫所有設(shè)計狀態(tài)沖擊系數(shù)均取75%,，其他構(gòu)件分別取15%（疲勞和斷裂設(shè)計狀態(tài)）和33%（其他設(shè)計狀態(tài)）。

英國規(guī)范BD37/01 (2001)及BS5400-2 (2006)規(guī)定：公路汽車荷載(HA荷載)效應(yīng)里面已經(jīng)考慮了0.25的沖擊系數(shù),。

澳大利亞規(guī)范5100 Bridge Design Standard (2004)中規(guī)定,，沖擊系數(shù)是與車輛的形式有關(guān)的常數(shù)，其變化范圍0.1~0.4,。

加拿大OHBDC(1991)及CHBDC(2006)規(guī)范規(guī)定,，沖擊系數(shù)與車輛的軸數(shù)有關(guān),，見表1所示。

表1 加拿大CHBDC(2006)的沖擊系數(shù)

注：主梁連接點(diǎn)處的沖擊系數(shù)取值為0.5,。

 以雙車道高速公路橋梁的彎矩沖擊系數(shù)為對象,，如果按的近似關(guān)系將放大譜轉(zhuǎn)化為曲線，將目前一些國家規(guī)范中的沖擊系數(shù)對比,，如圖8所示,。

圖8 不同規(guī)范下雙車道橋梁彎矩沖擊系數(shù)對比

由圖8可見，在15 m以下的小跨徑橋梁彎矩設(shè)計時,，中國規(guī)范的沖擊系數(shù)最大,，而20 m以上橋梁則是美國規(guī)范的沖擊系數(shù)最大。

1.3 試驗分析法

中國《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG TJ21-01-2015）^[5]規(guī)定,，計算沖擊系數(shù)時宜采用橋面無障礙行車下的動撓度（或動應(yīng)變）時程曲線采用如下計算公式^[6-7]得到：

            （5）

式中：為最大動撓度（或動應(yīng)變）幅值（波谷）,；為波形振幅中心軌跡的頂點(diǎn)值（相當(dāng)于靜態(tài)最大值），或通過低通濾波求??；為與對應(yīng)的同一個周期內(nèi)的最小動撓度（或動應(yīng)變）幅值（波峰）。其計算原理見圖9所示,。

圖9  沖擊系數(shù)計算圖例

為了反映車輛行駛至不同位置處對測試截面的綜合沖擊效應(yīng),，規(guī)范提出了加權(quán)法沖擊系數(shù)計算方法^[8-9]，即：

式中：為車輛荷載過橋時動撓度或動應(yīng)變時程曲線上的某個“波谷”值,；為與相應(yīng)的同一個周期內(nèi)的“波峰”值,；為相應(yīng)“靜”載作用下該點(diǎn)響應(yīng)值；為“波谷”處所對應(yīng)的局部沖擊系數(shù),；為權(quán)重,。其計算原理如圖10所示。

圖10  加權(quán)法沖擊系數(shù)計算示意

2 橋梁沖擊系數(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外研究最新成果

鄧露教授對近20年來國內(nèi)外公路橋梁沖擊系數(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了回顧^[10],自此之后,，一些學(xué)者開展了如下的研究,。

鄧露^[11]比較了簡支梁橋和連續(xù)梁橋的應(yīng)變和撓度動力放大系數(shù)的大小關(guān)系，結(jié)果表明：應(yīng)變動力放大系數(shù)基本小于撓度動力放大系數(shù),；兩者比值受很多因素影響,，其中計算橋梁響應(yīng)所用的橋梁模態(tài)階數(shù)對比值的影響較大(圖11)。對AASHTO規(guī)范中疲勞動力沖擊系數(shù)^[12]的研究發(fā)現(xiàn)：美國AASHTO規(guī)范里規(guī)定的疲勞沖擊系數(shù)0.15適用于跨徑大于23m的橋梁,，而對短跨橋梁而言,，需要采用更大的疲勞沖擊系數(shù)。

圖11 理論與數(shù)值模擬計算的連續(xù)梁

圖12 疲勞測點(diǎn)位置

張龍威^[13]選取佛陳新橋(三跨變截面連續(xù)鋼箱梁橋)為研究對象,，對正交異性鋼橋面疲勞細(xì)節(jié)的車橋動力性能展開研究,，研究發(fā)現(xiàn)：慢行與常速工況下，鋼橋面均出現(xiàn)明顯的車橋耦合現(xiàn)象,。各疲勞細(xì)節(jié)測點(diǎn)車橋動力沖擊響應(yīng)各不相同,，其中,，面板、U肋與隔板測點(diǎn)（圖12）的沖擊系數(shù)分別為0.219,，0.245和0.394,，均大于我國《正交異性鋼橋面系統(tǒng)設(shè)計與維護(hù)指南》和美國AASHTO規(guī)定的0.15。

郝向煒^[14]和陳水生^[15]分別從橋面狀況和車速方面研究了鋼管混凝土拱橋的沖擊系數(shù),，分析結(jié)果表明：當(dāng)車速,、不平度等級確定時沖擊系數(shù)服從正態(tài)分布。橋面狀況等級對動力沖擊效應(yīng)的均值和均方差影響明顯,，不同保證率下車輛沖擊系數(shù)差異較大（圖13）。邵元^[16-17]針對中承式拱橋結(jié)構(gòu)中短吊桿處較易疲勞破壞的情況,，通過調(diào)整吊桿單元的彈性模量對吊桿進(jìn)行等剛度設(shè)計,，采用車橋耦合迭代的計算方法，得到車輛荷載作用下吊桿的應(yīng)力響應(yīng)曲線并計算沖擊系數(shù)（圖14）,，結(jié)果表明：對拱橋吊桿進(jìn)行等剛度設(shè)計能夠有效的平衡吊桿受力情況,，使吊桿受到的沖擊作用較為均勻，提高吊桿耐久性,。 

圖13 不同保證率下的沖擊系數(shù)比較

圖14 短吊桿軸力圖

冀偉^[18]分析了波形鋼腹板PC簡支箱梁橋局部與整體的動力沖擊系數(shù)確定方法,，并與中國現(xiàn)行規(guī)范和美國現(xiàn)行AASHTO規(guī)范進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明車輛單車行駛下，波形鋼腹板PC簡支箱梁橋最大的局部動力沖擊系數(shù)要高于最大的整體沖擊系數(shù),，雙車道行駛時,，情況相反。

Han^[19]等人通過研究指出瀝青混凝土鋪裝（圖15）最好在10cm左右,太薄太厚對減輕橋面板的沖擊都不利,。Shin^[20]數(shù)值模擬了斜拉索失效后斜拉橋的沖擊系數(shù)變化情況,。

圖15 橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)組成

圖16 海洋環(huán)境下的疲勞沖擊系數(shù)

Yin^[21-22]考慮影響因素的隨機(jī)性，研究了風(fēng)-交通-路面-橋等多因素的耦合,，對保障正常行車安全和橋梁的安全可靠度具有很好的借鑒意義,。Zhang等^[23]研究指出傳統(tǒng)的規(guī)范沖擊系數(shù)是基于最大值強(qiáng)度理論提出來的，而疲勞設(shè)計時應(yīng)力循環(huán)次數(shù)對疲勞損傷影響很大,，應(yīng)該考慮環(huán)境因素給橋梁結(jié)構(gòu)評定帶來的不確定性,。針對小跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)，提出了一種新的疲勞沖擊系數(shù)（DALC）計算方法,，即生命周期內(nèi)的名義活載應(yīng)力幅與最大靜應(yīng)力幅的比值（式7）,，該方法可以考慮環(huán)境（圖16）等相關(guān)參數(shù)的不確定性和隨機(jī)性。

             （7）

式中：為一定可靠度指標(biāo)下的名義活載應(yīng)力幅,，為不考慮動態(tài)效應(yīng)的最大靜應(yīng)力幅,。

Mohammed等^[24]研究了具有等間距的超重車過橋時的沖擊系數(shù)，結(jié)果認(rèn)為具有等間距的超重車過橋需要考慮比較大的沖擊系數(shù),。

2.2 長安大學(xué)相關(guān)研究成果

（1）簡支梁橋

賀拴海等^[25-26]針對公路橋梁的車橋耦合振動響應(yīng)問題,，提出基于ANSYS單一環(huán)境下的車橋耦合振動響應(yīng)數(shù)值分析方法,。研究了車輛上橋速度、出橋速度變化時,，車輛勻變速行駛通過簡支梁橋時的車橋耦合振動響應(yīng),，以及當(dāng)橋面出現(xiàn)局部凹陷時，凹陷位置,、車輛行駛速度變化時的車橋耦合振動特性,；研究了車輛行駛速度、剛度下降段長度,、剛度下降比例變化時簡支梁橋的車橋耦合振動特性,，給出了沖擊系數(shù)、加速度峰值等參數(shù)的三維變化曲面圖,，分析了各參數(shù)對車輛過橋時的耦合振動影響,。徐岳等^[27]研究了斜梁橋主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對基頻及沖擊系數(shù)的影響，并提出了簡支斜梁橋沖擊系數(shù)計算方法,。張接信^[28]研究了一種橋梁動載檢測設(shè)備,，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的動態(tài)響應(yīng)的測量。韓萬水^[29]基于WIM系統(tǒng)對五座典型T梁橋在重載交通下的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了研究,，并給出了沖擊系數(shù)建議值,。

（2）連續(xù)體系橋梁

針對通用規(guī)范中缺少變截面連續(xù)體系基頻的現(xiàn)象，基于能量法原理和統(tǒng)計學(xué),，周勇軍和王凌波分別提出了連續(xù)剛構(gòu)橋和大跨徑連續(xù)梁基頻的解析表達(dá)式^[30-31],，可為這類體系橋梁沖擊系數(shù)計算的解析表達(dá)式提供參考。

在程序編制方面,，長安大學(xué)很早就研發(fā)了相關(guān)專用計算軟件。如韓萬水專門從事風(fēng)-車橋耦合分析程序的開發(fā)工作,，并取得不俗的成績,。基于ANSYS平臺,，賀拴海等^[32]開發(fā)了高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋車橋耦合振動的有限元分析程序,，不僅能實(shí)現(xiàn)橋面不平整度對車橋耦合振動的影響，還可考慮任何雙軸,、三軸空間車輛模型,，可模擬單車或多車在橋梁以不同速度勻速、變速或剎車及多車道同向或反向行駛等復(fù)雜工況,并編制了振動環(huán)境下的人體舒適度評價系統(tǒng)(圖17,18),。在此基礎(chǔ)上,，周勇軍等^[33-36]基于均勻設(shè)計法的高墩大跨剛構(gòu)-連續(xù)橋沖擊系數(shù)敏感元分析，給出了彎連續(xù)剛構(gòu)橋沖擊系數(shù)與路面不平整有關(guān)的計算公式^[37]，并對實(shí)橋的試驗濾波技術(shù)進(jìn)行了分析^[38],，王凌波^[39]則研究了連續(xù)剛構(gòu)橋共振的條件,。  

圖17 公路橋梁車橋耦合振動分析系統(tǒng)

圖18 人體舒適度評價系統(tǒng)

應(yīng)該看到，中國規(guī)范中沖擊系數(shù)計算公式是上個世紀(jì)以簡支梁為基本對象的統(tǒng)計結(jié)果,，并不適合連續(xù)體系橋梁負(fù)彎矩沖擊系數(shù)計算,，故長安大學(xué)開展了這方面的基礎(chǔ)研究^[40-44]。賀拴海等^[41-44]研究了橋面局部凹陷時連續(xù)梁的沖擊系數(shù),，結(jié)果表明：撓度(彎矩)沖擊系數(shù)沿全橋各截面變化規(guī)律復(fù)雜,，其數(shù)值與車速和對應(yīng)截面均有密切關(guān)聯(lián)，橋梁支點(diǎn)處易產(chǎn)生突變,，跨內(nèi)變化較光滑,，中跨跨中附近出現(xiàn)拐點(diǎn)，撓度(彎矩)效應(yīng)大小與沖擊系數(shù)呈反比趨勢,，不能采用簡單函數(shù)進(jìn)行回歸擬合,。胡兆同^[45]以跨徑和跨數(shù)為參數(shù)，對等跨等截面連續(xù)梁橋進(jìn)行了建模計算,，通過對程序計算與規(guī)范公式計算得到的基頻值和沖擊系數(shù)值的比較，得到了參數(shù)對該類橋型的影響程度,，并用Origin程序進(jìn)行了曲線擬合,，對規(guī)范公式進(jìn)行了修正。施穎等^[46-47]分別對直線和曲線連續(xù)梁橋考慮了橋面不平整度后的車橋耦合振動進(jìn)行計算,。分析結(jié)果表明：直橋和彎橋的動力系數(shù)不同,，換算成沖擊系數(shù)均大于連續(xù)梁按規(guī)范給定的基頻估算值計算的沖擊系數(shù)。

（3）拱橋

拱橋主要受力性能以受壓為主,，傳統(tǒng)拱橋體積較大,，一般沖擊作用不明顯，而現(xiàn)代輕型拱橋或異形拱橋的出現(xiàn)則引起了大家對沖擊系數(shù)的重點(diǎn)關(guān)注,。黃平明^[48]研究了隨機(jī)車流下鋼管混凝土拱橋關(guān)鍵部位的動力響應(yīng)及位移,、內(nèi)力沖擊系數(shù)，結(jié)果表明：由于隨機(jī)車流樣本的隨機(jī)性很強(qiáng),，拱肋,、橋面板的位移和內(nèi)力值以及沖擊系數(shù)的波動非常明顯，隨著橋面平整度的惡化,，拱肋,、吊桿內(nèi)力明顯地增大，雙向行車狀態(tài)下,，拱肋的軸力增幅比較明顯,，吊桿力相對增幅的較小，但沖擊系數(shù)變化不大。

針對當(dāng)前橋梁加固效果的評價方法未考慮車-橋耦合的不足,，劉煥舉^[49]以一座采用增大截面法加固的剛架拱橋為工程實(shí)例,，建立橋梁加固模型，考慮車-橋耦合,，從各主肋位移及彎矩響應(yīng),、沖擊系數(shù)和車-橋系統(tǒng)加速度等方面對加固效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明：加固后結(jié)構(gòu)的剛度有大幅提升,，結(jié)構(gòu)的自重也有所增大,；加固后結(jié)構(gòu)剛度增大對沖擊系數(shù)值影響不明顯；路況好時,，沖擊系數(shù)規(guī)范值適用,，路況差時，規(guī)范值不適用,。胡大琳^[50]在工程實(shí)例的瞬態(tài)動力分析中,，模擬分析了當(dāng)移動荷載以不同速度通過橋面時的動力響應(yīng)時間歷程以及在沖擊荷載作用下橋跨結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)時間歷程，并從振動舒適性的角度對該橋的行車舒適性進(jìn)行評價,。

（4）索支承體系橋梁

纜索支撐體系的橋梁包含斜拉橋,、懸索橋（含自錨式懸索橋）。韓萬水^[51-53]以杭州灣跨海大橋,、上莘大橋等為工程實(shí)例,，運(yùn)用所編制程序(圖19)詳細(xì)研究了車輛數(shù)目、車輛間距,、不同車道,、車輛相向行駛、不同路面粗糙度以及不同車速時車流通過橋梁時主梁跨中的動力響應(yīng)和沖擊系數(shù),。研究發(fā)現(xiàn)：主梁跨中沖擊系數(shù)隨著路面粗糙度變壞而明顯增大,，與車輛數(shù)目、車輛間距,、車輛相向行駛以及車速沒有必然聯(lián)系,。王虎^[54]通過對斜拉橋中跨跨中突加荷載來模擬分析沖擊荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的時間歷程動力響應(yīng)。結(jié)果表明：當(dāng)橋面不平整引起過橋車輛跳車時對橋跨結(jié)構(gòu)極為不利,。在斜拉橋的設(shè)計中沖擊系數(shù)按現(xiàn)行規(guī)范取值某些截面將偏于不安全,。王凌波^[55]對不同體系斜拉橋車橋耦合共振效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)等間距車流對橋梁的激擾頻率主要由相鄰車輛時間間隔決定,，漂浮體系斜拉橋由于基頻較低,，在等間距車流作用下存在車橋共振的可能性，其余體系斜拉橋車橋共振概率極低,。宋一凡^[56]針對自錨式懸索橋車橋分別進(jìn)行了不同車輛模型,、不同車速和不同橋面不平整度等條件下的耦合振動響應(yīng)數(shù)值計算,，分析了自錨式懸索橋車橋耦合振動的主要影響參數(shù)和響應(yīng)規(guī)律。黃平明^[57-58]從公路實(shí)橋隨機(jī)車流的研究入手,，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)有限元計算模型的修正技術(shù),，研究了隨機(jī)車流作用下大跨度懸索橋的車-橋耦合振動響應(yīng)，研究表明：橋梁結(jié)構(gòu)在車-橋耦合振動的作用下,，其對應(yīng)的沖擊系數(shù)并不單一的隨著結(jié)構(gòu)剛度的增大而增大或減少,，不同結(jié)構(gòu)部位對應(yīng)的沖擊系數(shù)不盡相同，相同結(jié)構(gòu)部位的內(nèi)力及位移沖擊系數(shù)也存在較大的差異,，此外,，基于極值外推法的基本原理，推出了不同橋面平整度狀態(tài)下的隨機(jī)車流對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大動力響應(yīng)及沖擊系數(shù),。

 圖19 風(fēng),、地震、隨機(jī)車流與橋梁交互動力分析軟件

綜上所述,，由于中小跨徑橋梁跨度小,，結(jié)構(gòu)剛度大，汽車效應(yīng)在總荷載效應(yīng)中所占比重較大,，故研究沖擊系數(shù)意義重大,，而大跨度橋梁結(jié)構(gòu)較柔，汽車荷載效應(yīng)與恒載效應(yīng)相比較小,，故該類橋梁中更應(yīng)關(guān)注吊桿,、拉索等局部構(gòu)件的沖擊和疲勞效應(yīng)。

3 結(jié)論及研究展望

盡管橋梁工程師很早就對沖擊系數(shù)開展了研究,，在數(shù)值模擬、試驗方法等方面也取得了長足進(jìn)步,，但從各國規(guī)范中的沖擊系數(shù)公式中可以看出,，由于影響沖擊系數(shù)的因素很多，橋梁界對它的認(rèn)識并不統(tǒng)一,。結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研,，筆者認(rèn)為還有以下幾個問題值得研究和探討：

（1）沖擊系數(shù)設(shè)計值的研究

目前沖擊系數(shù)大多是通過少數(shù)車輛過橋的理論分析或者試驗統(tǒng)計回歸得到的，而設(shè)計規(guī)范中的沖擊系數(shù)則是設(shè)計汽車荷載效應(yīng)的放大值,，而不是少數(shù)車輛的放大效應(yīng),。如何得到設(shè)計狀態(tài)下的沖擊系數(shù)而避免“以偏概全”，值得深入研究,。

同時,，由于橋梁結(jié)構(gòu)本身是多自由度的復(fù)雜系統(tǒng)，兩種橋梁結(jié)構(gòu)雖然基頻相同,，但因為還有其他因素的綜合影響,，最終導(dǎo)致的最大動響應(yīng)并不一定相同，由此引起的沖擊系數(shù)也不會相同，因此,，僅考慮基頻對沖擊系數(shù)的影響還值得商榷,。

（2）沖擊系數(shù)的概率統(tǒng)計分析

目前的沖擊系數(shù)大多是定量研究，缺乏基于概率論的沖擊系數(shù)統(tǒng)計分析,。影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的因素很多,，而這些因素都是隨機(jī)變量，最終的沖擊系數(shù)也應(yīng)該是隨機(jī)變量,，特別是目前的交通流特性與上個世紀(jì)相比發(fā)生了較大變化,。故有必要建立沖擊系數(shù)的概率模型來開展相關(guān)研究。

（3）特殊,、復(fù)雜體系橋梁的沖擊系數(shù)研究

隨著交通的發(fā)展,，各種新穎橋梁形式層出不窮，不同部位和構(gòu)件不同力學(xué)指標(biāo)（彎,、剪,、拉、壓）的沖擊效應(yīng)并不相同,，如連續(xù)梁橋負(fù)彎矩沖擊系數(shù),，鋼和組合橋梁的疲勞沖擊系數(shù)，復(fù)雜體系橋梁結(jié)構(gòu)整體的沖擊系數(shù)與局部沖擊系數(shù)等都需要進(jìn)行深入研究,，這對于完善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展意義重大,。

（4）沖擊系數(shù)的試驗分析

試驗是獲取沖擊系數(shù)的最直接方法，但動載試驗中采用的車輛的規(guī)定與設(shè)計規(guī)范的規(guī)定還不統(tǒng)一,，由于互相干擾,，單車或單排車與多排車輛作用下的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)信號存在較大差別。有必要建立一套標(biāo)準(zhǔn)的濾波方法,，從而得到純“強(qiáng)迫”振動下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),，在此標(biāo)準(zhǔn)試驗方法下進(jìn)行沖擊系數(shù)的試驗數(shù)據(jù)積累。

（5）沖擊系數(shù)的評價分析

規(guī)范中的沖擊系數(shù)主要用于新橋設(shè)計,，而實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)會受到路面不平整度,、車速、車輛數(shù)等眾多因素影響,，而與設(shè)計狀態(tài)不一樣,，故研究一套沖擊系數(shù)體系評價實(shí)際橋梁狀態(tài)及承載能力還值得深入研究。

總之,，對公路橋梁沖擊系數(shù)的分析研究應(yīng)該備受關(guān)注,，開展橋梁沖擊系數(shù)的理論和試驗研究仍是一個龐大、長期和艱巨的系統(tǒng)工程,，需要大家共同努力,。

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