贾文彪，王晓华，胡长明，杜逸璞，路 乾

(1.中铁一局建筑安装工程有限公司，陕西 西安 710054；2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

0 引言

随着城市交通的发展，地铁工程得到快速发展。为保证地铁车站修建过程中重要交通干道具有一定的通行能力，常采用半盖挖法和盖挖法。该施工方法的关键步骤为建设满足通车条件的临时铺盖体系[1]，其在汽车荷载下的稳定性关系到整个施工过程的安全。

冲击系数是反映临时铺盖体系动力性能的一项重要参数，铁路及桥梁动力性能分析主要根据自身的自振频率和冲击系数确定其动力性能[2-4]，相对而言，对临时铺盖体系在汽车荷载作用下的动力性能研究较少，且目前世界各国在城市桥梁设计规范中对车辆荷载产生的冲击系数计算公式的规定并不一致，所以针对临时铺盖体系在汽车荷载作用下冲击系数的研究具有重要意义。

1 工程概况

西安地铁6号线钟楼站位于西安市中心钟楼环岛东侧170m处，车站沿东大街东西向敷设。地铁6号线钟楼站与地铁2号线钟楼站分别位于东大街和北大街，钟楼站北侧主体结构上方采用军便梁路面体系，采用半盖挖顺作法施工。在明挖法的基础上增加临时路面体系，使该路段在道路狭窄、交通繁忙的条件下仍具有较高的通行能力。车站标准段剖面如图1所示，车站支护体系由1 000mm厚地下连续墙+4道水平支撑+双排格构柱临时支撑组成，上部临时铺盖体系采用六四式军用梁，并铺设临时路面。

图1 车站标准段剖面

军用梁临时铺盖体系由加强型六四式军用梁、联结系、1 000mm×1 000mm预制混凝土盖板及铺设的沥青混凝土路面构成，以20m军用梁临时铺盖体系为例，剖面如图2所示。

图2 临时路面剖面

20m临时铺盖体系中每榀军用梁由4个长4 000mm加强三角和2个长2 500mm端构件拼装而成，军用梁以每榀中心间隔1m的方式搭设于冠梁上方，梁支座为主体围护桩的冠梁连系梁。下弦杆纵向联结系槽钢靠近钢销节点，用U形螺栓将联结系、槽钢与各片军用梁下弦杆的各肢联结。

军用梁上部铺设200mm厚预制混凝土盖板，预制盖板上摊铺100mm厚C35混凝土结构层并加铺玻纤格栅；随后进行沥青路面摊铺，撒布0.7kg/m2透层油，在其上铺设7cm厚中粒式沥青混凝土，撒布0.3kg/m2粘层油，摊铺5cm厚细粒式SBS改性沥青，从而构成整个临时铺盖体系。

2 冲击系数计算公式

冲击系数实质上是一个综合动力系数，由运动的汽车荷载对临时铺盖体系的冲击作用及车辆与临时铺盖体系相互作用的强迫振动产生。主要影响因素为：①临时铺盖体系自身参数，包括军用梁的几何尺寸、跨径、桥面平整度、跨间距、结构形式、自振频率、阻尼比等；②汽车荷载特性，如汽车的运行速度、轴重、轴距等[5]。

2.1 六四式军用梁冲击系数计算公式

2.2 基于桥梁基频的冲击系数计算公式

根据JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》对桥梁冲击系数的部分规定[7]，当f(结构基频)<1.5Hz时，μ=0.05；当1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.176 7lnf-0.015 7；当f>14Hz时，μ=0.45。

3 临时铺盖体系自振频率的现场测试及分析

3.1 测试目的

根据《公路桥涵设计通用规范》中桥梁冲击系数的计算公式，结构本身的固有频率直接反映桥梁自身与冲击系数间的关系，桥梁冲击系数主要根据桥梁基频进行计算，因此需现场测试临时铺盖体系的自振频率。本次主要测量临时铺盖体系上方正常行车所引起的环境激振下，六四式军用梁三轴方向的加速度响应，从而得到行车动载荷作用下临时铺盖体系的自振特性和车载冲击系数。

女孩们奇怪地安静下来。赵玉墨的口气那么平常，可以是一个被烦透的年轻母亲斥责孩子，也可以是学校监管起居杂务的大姐制止罗里巴嗦的小女生。

3.2 测试内容

采用941B型拾振器、INV3062S/V型采集仪进行数据采集。传感器用于测量临时路面在汽车通过时的动力响应效果，根据临时铺盖体系的布置方向和行车方向，在跨中、1/4跨径处、边跨位置分别布置测点，如图3所示，各测点传感器布置如表1所示。

表1 各测点传感器布置

图3 测量点布置

3.3 自振特性分析

1)结构生成 采用Coinv DASP V11进行模态分析，生成包括几何坐标、连线信息、面信息和约束信息的几何结构。约束信息指各几何结点3个方向的测量情况，对于单输入多输出测量方向为响应传感器的方向，多输入单输出测量方向为激励力的方向，在所测方向填入时域波形对应的测点号(时域模态)或频响函数的测点号(频域模态)，完成约束信息的输入。在测点号前加负号表示测量方向与坐标轴正向相反，无测量方向不输入[8]。结构生成如图4所示。

图4 结构生成

2)半谱计算 若采样频率较高，且只需分析前面较少阶数的模态频率时，可通过FRF菜单，先进行单点半谱计算。根据相干函数的大小判断数据的好坏，若所有频率点的相干函数都接近于0，参考点或响应点中至少有1个通道的数据是无效数据。半谱计算结果如图5所示。

图5 半谱计算

3)随机子空间算法(SSI)模态拟合 在MIMO菜单选择模态拟合，调入半谱计算结果，选起始阶数为10阶，截止阶数为50阶，设置误差容限，矩阵行数、列数均选择1 600，按开始计算命令计算稳定图，此处的阶数非模态固有频率阶次。

假定频率方程的阶数从低到高变化，求解方程的根，每个根对应一阶的模态频率和阻尼，再求出相应振型。根据相邻两个阶数模态频率、阻尼和振型的稳定情况，画出稳定图，如图6所示，其中阻尼超过最大设定阻尼的根不予显示。

图6 稳定图

所有根中，一部分对应真正的模态，成为物理极点；一部分没有相对应的物理模态，成为数学极点。模态收取的任务是通过稳定图找到物理极点，排除数学极点。

表2 前5阶模态自振频率和阻尼比

由表2可知，该军用梁临时铺盖体系结构的固有频率中一阶自振振频较低，说明结构整体刚度较弱，因此有必要进行动力响应分析来验证其稳定性，同时各阶频率间连续变化的跳跃性较小，变化均匀且分布较密集，因此临时铺盖体系的动力特性较复杂，进行结构计算时需考虑高阶振型的影响。

3.4 冲击系数测试结果分析

对采集到的数据进行频域分析，将频域分析数据导入冲击系数分析模块，图形区将显示上、下两个曲线(见图7)，上图为调入数据的全程波形图，下图为冲击系数分析图，右侧文字显示当前调入数据的信息和分析结果数据。

图7 冲击系数计算

采用三点法拟合计算冲击系数，首先需选择1个波峰的3点(1个为波峰，2个为波谷)，然后选择左侧操作区的三点计算法计算得到中间一点的冲击系数。各测点冲击系数计算结果如表3所示。

由表3可知，除垂直方向跨中位置6号测点的冲击系数大于采用桥梁基频求得的规范冲击系数外，现场测得的三轴方向冲击系数更接近于桥梁基频的冲击系数，远小于六四式军用梁使用手册的冲击系数限值，说明军用梁临时铺盖体系的冲击系数在规定范围内。

表3 各测点冲击系数计算值

绘制不同位置冲击系数对比曲线如图8所示。由图8可知，同一榀军用梁的冲击系数呈现接近两端位置低、1/4跨和跨中位置大的变化趋势；垂直方向的冲击系数大于x，y轴方向的冲击系数，说明汽车通过临时铺盖体系时主要对其造成竖直方向的冲击力；部分测点位置冲击系数大于基于桥梁基频计算得到的冲击系数，故为保证军用梁临时铺盖体系的安全性和稳定性，应选取军用梁使用手册求出的冲击系数和公路桥涵规范根据桥梁基频求出的冲击系数较大值作为稳定性分析的冲击系数指标。

图8 冲击系数对比

4 结语

1)20m军用梁临时铺盖体系结构的基频一阶自振振频较低，说明结构整体刚度较弱，因此有必要进行动力响应分析来验证其稳定性，同时各阶频率间连续变化的跳跃性较小，变化均匀且分布较密集，因此临时铺盖体系的动力特性较复杂，进行结构计算时需考虑高阶振型的影响。

2)采用Coinv DASP进行冲击系数计算得到临时铺盖体系最大冲击系数位于跨中部位，因此在后期维修和使用中需重点关注该部位。

3)为保证军用梁临时铺盖体系的安全性和稳定性，应选取军用梁使用手册求出的冲击系数和公路桥涵规范根据桥梁基频求出的冲击系数较大值作为稳定性分析的冲击系数指标。