[科普中國(guó)]-橫向分布系數(shù)

對(duì)于路面橫斷面上某一寬度（如輪跡寬度）范圍內(nèi)的頻率，也即該寬度范圍內(nèi)所受到的車輛作用次數(shù)同通過(guò)該橫斷面總作用次數(shù)的比值，稱為輪跡橫向分布系數(shù)。

概念在路面上行駛時(shí)，輪跡的橫向分布是不均勻的。實(shí)際上車輛輪跡僅具有一定寬度，車輛通過(guò)時(shí)只能覆蓋一小部分。因此，路面橫斷面上各個(gè)點(diǎn)所受到的軸載作用次數(shù)，僅為通過(guò)該斷面軸載總數(shù)的一部分。對(duì)于路面橫斷面上某一寬度（如輪跡寬度）范圍內(nèi)的頻率，稱為輪跡橫向分布系數(shù)。這一系數(shù)同各種軸載的累計(jì)作用次數(shù)相乘，可得到路面結(jié)構(gòu)橫斷面上各點(diǎn)受到疲勞的作用次數(shù)。

影響輪跡橫向分布系數(shù)分布規(guī)律的主要因素有車輛的類型、主軸輪數(shù)量、主軸輪間距及其車輪數(shù)量、輪胎寬度等。1

荷載效應(yīng)汽車荷載效應(yīng)結(jié)構(gòu)所承受的汽車荷載大小，取決于汽車荷載的類型，和汽車荷載的橫向分布系數(shù)，而與所填入的車道數(shù)無(wú)關(guān)（如果有的話）。

對(duì)于預(yù)制、拼裝的T梁、空心板等結(jié)構(gòu)，其橫向分布系數(shù)可能是小于1的小數(shù)；對(duì)于整體箱梁、整體板梁等結(jié)構(gòu)，其分布系數(shù)就是其所承受的汽車總列數(shù)，考慮橫向折減、偏載后的修正值。例如，對(duì)于一個(gè)橋面4車道的整體箱梁驗(yàn)算時(shí)，其橫向分布系數(shù)應(yīng)為4 x 0.67（四車道的橫向折減系數(shù)） x 1.15（經(jīng)計(jì)算而得的偏載系數(shù)） = 3.082。汽車的橫向分布系數(shù)已經(jīng)包含了汽車車道數(shù)的影響。

人群效應(yīng)和滿人效應(yīng)對(duì)于人群效應(yīng)和滿人效應(yīng)，程序進(jìn)行加載時(shí)，既考慮了人行道寬度（或滿人總寬度），又考慮了橫向系數(shù)。

對(duì)于整體箱梁、整體板梁等結(jié)構(gòu)，若如實(shí)填寫了人行道寬度（或滿人總寬），則橫向分布系數(shù)只需填1。

對(duì)于預(yù)制、拼裝的T梁、空心板等結(jié)構(gòu)，用戶應(yīng)區(qū)分計(jì)算而得的橫向分布系數(shù)是否包含了寬度的影響，若已含寬度影響，則寬度值填1即可。

用橋梁博士工具中計(jì)算所得的人群橫向分布系數(shù)是包括了寬度影響的。

其它荷載的橫向分布系數(shù)與此相似。關(guān)鍵是用戶應(yīng)該理解上面所列的對(duì)最終效應(yīng)的解釋。

橫向加載效應(yīng)計(jì)算（1）汽車效應(yīng)=多列汽車加載的效應(yīng)x汽車橫向分布系數(shù)x折減系數(shù)。此處的多列車效應(yīng)，是根據(jù)用戶輸入的車道數(shù)，通過(guò)影響線加載而得；不是簡(jiǎn)單的一列車的倍數(shù)。

汽車沖擊力= 汽車效應(yīng)x沖擊系數(shù)。

此時(shí)用戶應(yīng)自己輸入汽車沖擊系數(shù)，因?yàn)闄M向加載不知道結(jié)構(gòu)的縱向特征。

掛車效應(yīng)= 一輛掛車加載效應(yīng)x掛車的橫向分布系數(shù)。

人群效應(yīng)= 人群集度x人行道寬度x人群橫向分布系數(shù)。

滿人效應(yīng)= 人群集度x滿人總寬度x滿人橫向分布系數(shù)。

特載效應(yīng)= 一輛特載效應(yīng)x特載橫向分布系數(shù)。

特殊車列效應(yīng)= 一列特殊車列效應(yīng)x特殊車列橫向分布系數(shù)。（全橋只加一列）

中-活載效應(yīng)= 0；程序不計(jì)算中活載的橫向加載；

輕軌效應(yīng)=0；程序不計(jì)算輕軌的橫向加載。

（2）加載特點(diǎn)

加載時(shí)，每列汽車的總重為1KN，每輪重1/2KN；每輛掛車的車輪合計(jì)總重1KN，每輪重1/4KN；每列特列的總重為1KN，用戶在定義特列分布時(shí)，分配各輪重；每輛特載的車輪總重1KN，用戶在定義特載分布時(shí)，分配各輪重。

程序把這些荷載的重量定義為1KN，是因?yàn)槌绦驘o(wú)法判斷橫向結(jié)構(gòu)的縱向特征，無(wú)法計(jì)算一列車對(duì)此時(shí)需要驗(yàn)算的橫向結(jié)構(gòu)的影響力大小，這個(gè)影響力的大小顯示在“橫向分布系數(shù)”中。

汽車橫向分布系數(shù)此時(shí)的橫向分布系數(shù)，已經(jīng)不是真正意義的橫向分布系數(shù)，它的大小就是一列汽車（或一輛掛車）對(duì)這個(gè)橫向結(jié)構(gòu)的作用力的大小。

對(duì)一個(gè)橋墩蓋梁（假設(shè)可以進(jìn)行橫向加載），一列汽車對(duì)它的作用力大小是根據(jù)縱向結(jié)構(gòu)的特征計(jì)算而得的，跟結(jié)構(gòu)縱向的跨徑有關(guān)。跨徑越大，參加作用的汽車越多；如果是連續(xù)梁，可能還要考慮其它跨的影響。對(duì)截取的一段箱梁斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，采用橫向加載，此時(shí)一列汽車對(duì)它的作用力大小其實(shí)就是個(gè)別幾個(gè)重車輪的作用力大小。

人群橫向分布系數(shù)

對(duì)于人群（或滿人）效應(yīng)，在“橫向加載有效區(qū)域”中已經(jīng)填入了人行道分布區(qū)域，程序會(huì)據(jù)此進(jìn)行影響線加載。所以此時(shí)的人行道寬度應(yīng)該為1。這里的人群橫向分布系數(shù)與汽車的相同，是指單位人行道寬度（1m）的縱向作用力大小。一般情況下，這個(gè)縱向力會(huì)考慮人群集度的大小，所以此時(shí)窗口中的“人群集度”應(yīng)該填1。

一、進(jìn)行橋梁的縱向計(jì)算時(shí)：

a) 汽車荷載

（1）對(duì)于整體箱梁、整體板梁等整體結(jié)構(gòu)，其分布調(diào)整系數(shù)就是其所承受的汽車總列數(shù)，考慮縱橫向折減、偏載后的修正值。例如，對(duì)于一個(gè)跨度為230米的橋面4車道的整體箱梁驗(yàn)算時(shí)，其橫向分布系數(shù)應(yīng)為4 x 0.67（四車道的橫向折減系數(shù)） x 1.15（經(jīng)計(jì)算而得的偏載系數(shù)）x0.97（大跨徑的縱向折減系數(shù)） = 2.990。汽車的橫向分布系數(shù)已經(jīng)包含了汽車車道數(shù)的影響。

（2）多片梁取一片梁計(jì)算時(shí)

按橋工書中的幾種算法計(jì)算即可，也可用程序自帶的橫向分布計(jì)算工具來(lái)算。計(jì)算時(shí)中梁邊梁分別建模計(jì)算，中梁取橫向分布系數(shù)最大的那片中梁來(lái)建模計(jì)算。

b) 人群荷載

（1）對(duì)于整體箱梁、整體板梁等整體結(jié)構(gòu)

人群集度，人行道寬度，公路荷載填所建模型的人行道總寬度，橫向分布系數(shù)填1 即可。因?yàn)樵跇虿┲腥巳盒?yīng)= 人群集度x人行道寬度x人群橫向分布調(diào)整系數(shù)。城市荷載填所建模型的單側(cè)人行道寬度，若為雙側(cè)人行道且寬度相等，橫向分布系數(shù)填2，因?yàn)槌鞘泻奢d的人群集度要根據(jù)人行道寬度計(jì)算。

（2）多片梁取一片梁計(jì)算時(shí)

人群集度按實(shí)際的填寫，橫向分布調(diào)整系數(shù)按求得的橫向分布系數(shù)填寫，一般算橫向分布時(shí)，人行道寬度已經(jīng)考慮了，所以人行道寬度填1。

c) 滿人荷載

（1）對(duì)于整體箱梁、整體板梁等整體結(jié)構(gòu)

滿人寬度填所建模型扣除所有護(hù)欄的寬度，橫向分布調(diào)整系數(shù)填1。與人群荷載不同，城市荷載不對(duì)滿人的人群集度折減。

（2）多片梁取一片梁計(jì)算時(shí)

滿人寬度填1，橫向分布調(diào)整系數(shù)填求得的。

注：1、 由于最終效應(yīng)：人群效應(yīng)= 人群集度x人行道寬度x人群橫向分布調(diào)整系數(shù)。滿人效應(yīng)= 人群集度x滿人總寬度x滿人橫向分布調(diào)整系數(shù)。所以，關(guān)于兩項(xiàng)的一些參數(shù)，也并非一定按上述要求填寫，只要保證幾項(xiàng)參數(shù)乘積不變，也可按其他方式填寫。

2 、新規(guī)范對(duì)滿人、特載、特列沒(méi)作要求。所以程序?qū)M人工況沒(méi)做任何設(shè)計(jì)驗(yàn)算的處理，用戶若需要對(duì)滿人荷載進(jìn)行驗(yàn)算的話，可以自定義組合。

二、進(jìn)行橋梁的橫向計(jì)算時(shí)

a) 車輛橫向加載分三種：箱梁框架，橫梁，蓋梁。

（1）計(jì)算箱形框架截面，實(shí)際是計(jì)算橋面板的同時(shí)考慮框架的影響，汽車橫向分布系數(shù)=軸重/順橋向分布寬度；

（2）橫梁，蓋梁，汽車荷載橫向分布調(diào)整系數(shù)可取縱向一列車的最大支反力(該值可由縱向計(jì)算時(shí)，使用階段支撐反力匯總輸出結(jié)果里面，汽車MaxQ對(duì)應(yīng)下的最大值，除以縱向計(jì)算時(shí)汽車的橫向分布調(diào)整系數(shù)來(lái)算得)，進(jìn)行最不利加載。

b) 對(duì)于人群（或滿人）效應(yīng)，在“橫向加載有效區(qū)域”中已經(jīng)填入了人行道分布區(qū)域，程序會(huì)據(jù)此進(jìn)行影響線加載。人行道寬度填1。

橫梁、蓋梁計(jì)算時(shí)，這里的人群橫向分布系數(shù)與汽車的相似，是指單位橫向人行道寬度（1m）的支反力。在計(jì)算支反力時(shí)，這個(gè)系數(shù)已經(jīng)考慮人群集度的大小，所以此時(shí)窗口中的“人群集度”應(yīng)該填1。

c) 橫向加載最終效應(yīng)

(假設(shè)汽車車道數(shù)輸入為3)如果計(jì)入車道折減系數(shù)則折減系數(shù)=0.78(公路技術(shù)規(guī)范)，不計(jì)入則=1.0。汽車效應(yīng)=三輛汽車加載的效應(yīng)(每輛汽車的總重為1，每輪重1/2)x汽車橫向分布系數(shù)x車道折減系數(shù)。

汽車沖擊力=汽車效應(yīng)x沖擊系數(shù)。(此時(shí)用戶應(yīng)自己輸入汽車沖擊系數(shù)，因?yàn)闄M向加載不知道橋梁的實(shí)際縱向跨徑，但沖擊系數(shù)是根據(jù)縱向跨徑計(jì)算的。2

新舊橋梁連接剛度對(duì)橫向分布系數(shù)的影響橋梁在加寬后會(huì)遇到新舊橋梁沉降不均，橋梁連接縫不牢固、開裂、垮塌，橋梁橫向分布系數(shù)變化等。盡管這些事故很少發(fā)生，但是它們一旦發(fā)生，就會(huì)對(duì)橋梁、道路路線、行車帶來(lái)災(zāi)難性的破壞和傷害。即使橋梁不垮塌，這也會(huì)對(duì)橋梁和路面的穩(wěn)定性和平順性帶來(lái)影響，帶來(lái)行車隱患。我國(guó)研究者對(duì)于橋梁加寬做了許多研究和要論：2006年10 月26日，東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院的張湧、劉斌，針對(duì)寧夏銀古高速公路黃河特大橋新舊橋梁加寬工程實(shí)際，分析了不連接、剛性連接、鉸接方案的優(yōu)缺點(diǎn)，基于不同加寬方案的內(nèi)力和變形計(jì)算，提出了新舊橋梁不連接方案的可行性，并成功設(shè)置了EMR樹脂 + 特型鋼，橡膠縱縫，運(yùn)營(yíng)通車效果表明了該連接方式的有效性。2007年1月30日，四川路橋建設(shè)股份有限公司的劉嚴(yán)才、鄒志全，對(duì)成都市三環(huán)路成綿立交 N1加寬橋施工進(jìn)行了探討，介紹了通過(guò)對(duì) N1 加寬橋的補(bǔ)強(qiáng)混凝土和補(bǔ)強(qiáng)鋼筋施工，闡述了“HILTI” 植筋技術(shù)和結(jié)構(gòu)物底部補(bǔ)強(qiáng)混凝土施工的工藝。

工程實(shí)例重慶奉節(jié)至云陽(yáng)段高速公路分界梁隧道在通車半年后，部分路段路面右側(cè)與邊溝連接部位開裂，縱向延伸近 200 m，并伴有橫向發(fā)展，整段右側(cè)邊溝側(cè)壁變形隆起，對(duì)行車安全及隧道結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成了威脅。營(yíng)運(yùn)單位結(jié)合建設(shè)時(shí)期相關(guān)資料分析，認(rèn)為病害的主要原因是該段在原施工過(guò)程中地下水非常豐富，仰拱以上部分設(shè)計(jì)采用防水板及縱橫向排水盲管進(jìn)行排水，在石灰?guī)r地區(qū)地下水中碳酸鈣含量高，逐漸在排水管中結(jié)晶，經(jīng)一段時(shí)間后排水管堵塞，失去了排水作用，反而形成了堵水，地下水經(jīng)襯砌邊墻底部滲至電纜溝及路面以下，在地下水的長(zhǎng)期作用下，隧道仰拱等低標(biāo)號(hào)混凝土腐蝕嚴(yán)重，失去結(jié)構(gòu)強(qiáng)度， 填充層膨脹變形導(dǎo)致路面破壞。經(jīng)過(guò)多次勘察，營(yíng)運(yùn)單位決定徹底整治，不留后患，不降低隧道結(jié)構(gòu)安全度，決定對(duì)病害路段路面、填充層、仰拱、電纜溝全部拆除重做。在施工過(guò)程中，充分考慮隧道結(jié)構(gòu)的安全，為防止仰拱混凝土拆除后受力環(huán)破壞引起襯砌結(jié)構(gòu)混凝土變形，拆除施工前采取了預(yù)加固措施，在右側(cè)邊墻距人行道頂面約20cm 高度采用Φ32 mm 藥卷錨桿加固襯砌結(jié)構(gòu)。在拆除過(guò)程中，始終跨越兩模襯砌，與二襯混凝土錯(cuò)開布置，加大了排水管規(guī)格，在重新澆筑混凝土?xí)r選用了耐侵蝕水泥，對(duì)拱腳利用C40早強(qiáng)微膨脹混凝土做加固處理，施工過(guò)程中加強(qiáng)了沉降觀測(cè)。選擇的處治措施到位，施工過(guò)程中隧道未發(fā)生沉降，處治后排水通暢，恢復(fù)了隧道使用功能。

研究結(jié)論隧道病害是非常普遍的現(xiàn)象，其原因是多方面的，既有地質(zhì)、環(huán)境方面的客觀因素；又有施工、設(shè)計(jì)方面的人為因素。要避免隧道病害的發(fā)生，首先還是要以預(yù)防為主，必須在設(shè)計(jì)階段就采取預(yù)防措施，在施工過(guò)程中也要大力加強(qiáng)質(zhì)量管理，以防止病害發(fā)生。對(duì)于隧道的病害分析應(yīng)該是系統(tǒng)的、全方位的，力求做到準(zhǔn)確，這樣才能采取有效的處治手段，并一定要堅(jiān)持“一次根治、不留后患” 的治理原則，提高隧道病害整治的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所