[科普中国]-横向分布系数

对于路面横断面上某一宽度（如轮迹宽度）范围内的频率，也即该宽度范围内所受到的车辆作用次数同通过该横断面总作用次数的比值，称为轮迹横向分布系数。

概念在路面上行驶时，轮迹的横向分布是不均匀的。实际上车辆轮迹仅具有一定宽度，车辆通过时只能覆盖一小部分。因此，路面横断面上各个点所受到的轴载作用次数，仅为通过该断面轴载总数的一部分。对于路面横断面上某一宽度（如轮迹宽度）范围内的频率，称为轮迹横向分布系数。这一系数同各种轴载的累计作用次数相乘，可得到路面结构横断面上各点受到疲劳的作用次数。

影响轮迹横向分布系数分布规律的主要因素有车辆的类型、主轴轮数量、主轴轮间距及其车轮数量、轮胎宽度等。1

荷载效应汽车荷载效应结构所承受的汽车荷载大小，取决于汽车荷载的类型，和汽车荷载的横向分布系数，而与所填入的车道数无关（如果有的话）。

对于预制、拼装的T梁、空心板等结构，其横向分布系数可能是小于1的小数；对于整体箱梁、整体板梁等结构，其分布系数就是其所承受的汽车总列数，考虑横向折减、偏载后的修正值。例如，对于一个桥面4车道的整体箱梁验算时，其横向分布系数应为4 x 0.67（四车道的横向折减系数） x 1.15（经计算而得的偏载系数） = 3.082。汽车的横向分布系数已经包含了汽车车道数的影响。

人群效应和满人效应对于人群效应和满人效应，程序进行加载时，既考虑了人行道宽度（或满人总宽度），又考虑了横向系数。

对于整体箱梁、整体板梁等结构，若如实填写了人行道宽度（或满人总宽），则横向分布系数只需填1。

对于预制、拼装的T梁、空心板等结构，用户应区分计算而得的横向分布系数是否包含了宽度的影响，若已含宽度影响，则宽度值填1即可。

用桥梁博士工具中计算所得的人群横向分布系数是包括了宽度影响的。

其它荷载的横向分布系数与此相似。关键是用户应该理解上面所列的对最终效应的解释。

横向加载效应计算（1）汽车效应=多列汽车加载的效应x汽车横向分布系数x折减系数。此处的多列车效应，是根据用户输入的车道数，通过影响线加载而得；不是简单的一列车的倍数。

汽车冲击力= 汽车效应x冲击系数。

此时用户应自己输入汽车冲击系数，因为横向加载不知道结构的纵向特征。

挂车效应= 一辆挂车加载效应x挂车的横向分布系数。

人群效应= 人群集度x人行道宽度x人群横向分布系数。

满人效应= 人群集度x满人总宽度x满人横向分布系数。

特载效应= 一辆特载效应x特载横向分布系数。

特殊车列效应= 一列特殊车列效应x特殊车列横向分布系数。（全桥只加一列）

中-活载效应= 0；程序不计算中活载的横向加载；

轻轨效应=0；程序不计算轻轨的横向加载。

（2）加载特点

加载时，每列汽车的总重为1KN，每轮重1/2KN；每辆挂车的车轮合计总重1KN，每轮重1/4KN；每列特列的总重为1KN，用户在定义特列分布时，分配各轮重；每辆特载的车轮总重1KN，用户在定义特载分布时，分配各轮重。

程序把这些荷载的重量定义为1KN，是因为程序无法判断横向结构的纵向特征，无法计算一列车对此时需要验算的横向结构的影响力大小，这个影响力的大小显示在“横向分布系数”中。

汽车横向分布系数此时的横向分布系数，已经不是真正意义的横向分布系数，它的大小就是一列汽车（或一辆挂车）对这个横向结构的作用力的大小。

对一个桥墩盖梁（假设可以进行横向加载），一列汽车对它的作用力大小是根据纵向结构的特征计算而得的，跟结构纵向的跨径有关。跨径越大，参加作用的汽车越多；如果是连续梁，可能还要考虑其它跨的影响。对截取的一段箱梁断面进行结构分析时，采用横向加载，此时一列汽车对它的作用力大小其实就是个别几个重车轮的作用力大小。

人群横向分布系数

对于人群（或满人）效应，在“横向加载有效区域”中已经填入了人行道分布区域，程序会据此进行影响线加载。所以此时的人行道宽度应该为1。这里的人群横向分布系数与汽车的相同，是指单位人行道宽度（1m）的纵向作用力大小。一般情况下，这个纵向力会考虑人群集度的大小，所以此时窗口中的“人群集度”应该填1。

一、进行桥梁的纵向计算时：

a) 汽车荷载

（1）对于整体箱梁、整体板梁等整体结构，其分布调整系数就是其所承受的汽车总列数，考虑纵横向折减、偏载后的修正值。例如，对于一个跨度为230米的桥面4车道的整体箱梁验算时，其横向分布系数应为4 x 0.67（四车道的横向折减系数） x 1.15（经计算而得的偏载系数）x0.97（大跨径的纵向折减系数） = 2.990。汽车的横向分布系数已经包含了汽车车道数的影响。

（2）多片梁取一片梁计算时

按桥工书中的几种算法计算即可，也可用程序自带的横向分布计算工具来算。计算时中梁边梁分别建模计算，中梁取横向分布系数最大的那片中梁来建模计算。

b) 人群荷载

（1）对于整体箱梁、整体板梁等整体结构

人群集度，人行道宽度，公路荷载填所建模型的人行道总宽度，横向分布系数填1 即可。因为在桥博中人群效应= 人群集度x人行道宽度x人群横向分布调整系数。城市荷载填所建模型的单侧人行道宽度，若为双侧人行道且宽度相等，横向分布系数填2，因为城市荷载的人群集度要根据人行道宽度计算。

（2）多片梁取一片梁计算时

人群集度按实际的填写，横向分布调整系数按求得的横向分布系数填写，一般算横向分布时，人行道宽度已经考虑了，所以人行道宽度填1。

c) 满人荷载

（1）对于整体箱梁、整体板梁等整体结构

满人宽度填所建模型扣除所有护栏的宽度，横向分布调整系数填1。与人群荷载不同，城市荷载不对满人的人群集度折减。

（2）多片梁取一片梁计算时

满人宽度填1，横向分布调整系数填求得的。

注：1、 由于最终效应：人群效应= 人群集度x人行道宽度x人群横向分布调整系数。满人效应= 人群集度x满人总宽度x满人横向分布调整系数。所以，关于两项的一些参数，也并非一定按上述要求填写，只要保证几项参数乘积不变，也可按其他方式填写。

2 、新规范对满人、特载、特列没作要求。所以程序对满人工况没做任何设计验算的处理，用户若需要对满人荷载进行验算的话，可以自定义组合。

二、进行桥梁的横向计算时

a) 车辆横向加载分三种：箱梁框架，横梁，盖梁。

（1）计算箱形框架截面，实际是计算桥面板的同时考虑框架的影响，汽车横向分布系数=轴重/顺桥向分布宽度；

（2）横梁，盖梁，汽车荷载横向分布调整系数可取纵向一列车的最大支反力(该值可由纵向计算时，使用阶段支撑反力汇总输出结果里面，汽车MaxQ对应下的最大值，除以纵向计算时汽车的横向分布调整系数来算得)，进行最不利加载。

b) 对于人群（或满人）效应，在“横向加载有效区域”中已经填入了人行道分布区域，程序会据此进行影响线加载。人行道宽度填1。

横梁、盖梁计算时，这里的人群横向分布系数与汽车的相似，是指单位横向人行道宽度（1m）的支反力。在计算支反力时，这个系数已经考虑人群集度的大小，所以此时窗口中的“人群集度”应该填1。

c) 横向加载最终效应

(假设汽车车道数输入为3)如果计入车道折减系数则折减系数=0.78(公路技术规范)，不计入则=1.0。汽车效应=三辆汽车加载的效应(每辆汽车的总重为1，每轮重1/2)x汽车横向分布系数x车道折减系数。

汽车冲击力=汽车效应x冲击系数。(此时用户应自己输入汽车冲击系数，因为横向加载不知道桥梁的实际纵向跨径，但冲击系数是根据纵向跨径计算的。2

新旧桥梁连接刚度对横向分布系数的影响桥梁在加宽后会遇到新旧桥梁沉降不均，桥梁连接缝不牢固、开裂、垮塌，桥梁横向分布系数变化等。尽管这些事故很少发生，但是它们一旦发生，就会对桥梁、道路路线、行车带来灾难性的破坏和伤害。即使桥梁不垮塌，这也会对桥梁和路面的稳定性和平顺性带来影响，带来行车隐患。我国研究者对于桥梁加宽做了许多研究和要论：2006年10 月26日，东北大学资源与土木工程学院的张湧、刘斌，针对宁夏银古高速公路黄河特大桥新旧桥梁加宽工程实际，分析了不连接、刚性连接、铰接方案的优缺点，基于不同加宽方案的内力和变形计算，提出了新旧桥梁不连接方案的可行性，并成功设置了EMR树脂 + 特型钢，橡胶纵缝，运营通车效果表明了该连接方式的有效性。2007年1月30日，四川路桥建设股份有限公司的刘严才、邹志全，对成都市三环路成绵立交 N1加宽桥施工进行了探讨，介绍了通过对 N1 加宽桥的补强混凝土和补强钢筋施工，阐述了“HILTI” 植筋技术和结构物底部补强混凝土施工的工艺。

工程实例重庆奉节至云阳段高速公路分界梁隧道在通车半年后，部分路段路面右侧与边沟连接部位开裂，纵向延伸近 200 m，并伴有横向发展，整段右侧边沟侧壁变形隆起，对行车安全及隧道结构安全构成了威胁。营运单位结合建设时期相关资料分析，认为病害的主要原因是该段在原施工过程中地下水非常丰富，仰拱以上部分设计采用防水板及纵横向排水盲管进行排水，在石灰岩地区地下水中碳酸钙含量高，逐渐在排水管中结晶，经一段时间后排水管堵塞，失去了排水作用，反而形成了堵水，地下水经衬砌边墙底部渗至电缆沟及路面以下，在地下水的长期作用下，隧道仰拱等低标号混凝土腐蚀严重，失去结构强度， 填充层膨胀变形导致路面破坏。经过多次勘察，营运单位决定彻底整治，不留后患，不降低隧道结构安全度，决定对病害路段路面、填充层、仰拱、电缆沟全部拆除重做。在施工过程中，充分考虑隧道结构的安全，为防止仰拱混凝土拆除后受力环破坏引起衬砌结构混凝土变形，拆除施工前采取了预加固措施，在右侧边墙距人行道顶面约20cm 高度采用Φ32 mm 药卷锚杆加固衬砌结构。在拆除过程中，始终跨越两模衬砌，与二衬混凝土错开布置，加大了排水管规格，在重新浇筑混凝土时选用了耐侵蚀水泥，对拱脚利用C40早强微膨胀混凝土做加固处理，施工过程中加强了沉降观测。选择的处治措施到位，施工过程中隧道未发生沉降，处治后排水通畅，恢复了隧道使用功能。

研究结论隧道病害是非常普遍的现象，其原因是多方面的，既有地质、环境方面的客观因素；又有施工、设计方面的人为因素。要避免隧道病害的发生，首先还是要以预防为主，必须在设计阶段就采取预防措施，在施工过程中也要大力加强质量管理，以防止病害发生。对于隧道的病害分析应该是系统的、全方位的，力求做到准确，这样才能采取有效的处治手段，并一定要坚持“一次根治、不留后患” 的治理原则，提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所