基于可靠度的桥梁结构剩余使用寿命预测方法

按基于某一限值可靠度的方法对既有桥梁结构剩余使用寿命进行了研究，在介绍了相关文献的半经验半理论的预测方法和基于动态可靠度预测方法的基础上，对拟采用维修或加固措施以延长剩余寿命的桥梁，提出了基于体系可靠度并考虑最优维修方案组合的寿命预测方法，并建立了优化数学模型。研究表明：该方法以桥梁的完整使用周期为研究对象，从而确定与安全、经济的维修决策相对应的最优使用寿命，但仍有许多问题需做进一步研究。     

确定桥梁评估目标可靠指标的费用效益分析法

结构可靠度理论越来越多地被用到桥梁设计、评估与管理领域。其中一个重要的参数——目标可靠指标的取值直接影响评估结果的合理性。全面考虑了结构在剩余服务期内的结构失效费用、结构养护维修与加固费用和因功能不足引起的附加用户费用,对既有桥梁进行剩余服务期内的费用效益分析,以总费用最小为目标确定可接受的最小结构参数值。通过结构时变可靠度分析方法确定相应于该结构参数的最小目标可靠指标,即为桥梁评估的目标可靠指标值。最后以某钢筋混凝土简支梁桥例证了此方法的可行性与有效性。     

基于桥梁结构安全可靠性的车辆载重限值研究

针对运营阶段桥梁汽车荷载限载管理问题,开展基于安全可靠性的车辆载重限值分析方法研究.通过实测车辆荷载数据统计,分析现阶段载重车辆类型及其荷载分布特征.根据车型比例、车辆超载情况,以及各车型轴组配置对结构响应的影响,建立桥梁限载的典型车型谱系.以可靠性理论为基础,从结构安全角度,提出基于可靠度反问题的车辆载重限值分析方法和计算步骤.     

随机重载车辆作用下简支梁桥疲劳可靠度评估

为研究实际重载交通荷载作用下简支梁桥疲劳安全水平,提出了基于随机重载车流的既有桥梁疲劳可靠度分析方法。基于高速公路桥梁动态称重车流数据建立了重载随机车流模型,采用响应面方法分析随机车辆对桥梁产生的等效疲劳应力,模拟了考虑车辆超载率上限的疲劳应力谱,估算了运营期内交通变化对简支梁桥疲劳可靠指标的影响。研究结果表明:总重相等的不同车型对简支梁桥产生的等效疲劳应力幅不同,主要表现在随着车轴数量的增长,桥梁的等效疲劳应力幅有所降低;在未控制超载车辆时,桥梁的疲劳应力谱表现出明显的双峰特征,而采用超载率上限控制措施之后,高幅疲劳应力概率密度峰值有所降低;交通量增长导致桥梁疲劳可靠指标显著降低,且随着运营期的增长该下降趋势更加明显;设置100%和50%的车辆超载率上限,将导致40m简支T梁桥在运营期内疲劳可靠指标分别由2.54升高至2.74、2.91。     

公路运输车辆合理轴重限值研究

根据已建立的不同轴重限值下的轴重分布模型，以及中国干线公路（国道＋省道）的里程、路面结构类型、使用时间等，计算分析了不同轴重限值（简称轴限）下国道的年养护维修费用；以统计数据和模型计算结果相结合，建立了车辆运营成本计算模型，从而计算分析了不同轴限下的车辆运营费用；由以上的计算结果，得出了总体经济效益最佳的车辆轴重限值。     

考虑目标可靠指标时变的既有桥梁动态可靠度评估

目标可靠指标是结构可靠性鉴定的基本依据，目前，既有桥梁可靠度评定都没有考虑目标可靠指标的时变性，可能会导致评估结论出现偏差。对考虑目标可靠指标时变的既有桥梁动态可靠度评估方法进行探讨。基于该方法，对马迹塘公路桥进行承载能力可靠度评估，并预测该桥的剩余寿命。     

交通视频辅助的桥梁动态称重方法研究

为了进一步提升既有的桥梁动态称重技术，提出一种交通视频辅助的新型桥梁动态称重方法。首先介绍基于深度神经网络的计算机视觉目标检测技术和一种计算机视觉坐标转换方法，实现从交通监控视频中实时地探测与定位桥上行驶的车辆和车轴。然后引入桥梁应变分解方法和应变影响面识别方法，建立车重、车辆位置与桥梁应变之间的映射关系，从而建立一种综合利用时间和空间冗余信息对车辆进行称重的方法。该方法构建超定的影响面加载方程组，使用最小二乘法求解该方程组以得到桥上行驶车辆的轴重和总重。最后总结出一套交通视频辅助的桥梁动态称重方法框架。为验证以上方法，在某连续大箱梁桥的缩尺模型以及实桥上进行试验。试验包含单车、双车、跟车、并行、直行、变道、匀速、变速等复杂交通工况。模型试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为-2.02%，标准差为4.77%；车辆轴重的识别误差均值为4.77%，标准差为17.50%。实桥试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为0.21%，标准差为1.53%；车辆轴重的识别误差均值为-3.59%，标准差为42.67%。除此以外，所提出的方法还可用于识别桥上车辆的数量、类型、轴数、实时位置、运动轨迹、行驶速度等多粒度交通信息。     

基于支座反力的桥梁动态称重方法

为了解决传统基于应变的桥梁动态称重(BWIM)方法存在的精度不高和车轴探测传感器存在的可适用桥型有限、复杂工况下可靠度低的问题,提出了一种基于支座反力识别移动车辆行驶速度、轴距、轴重和总重的桥梁动态称重新方法。首先介绍了车桥耦合振动系统的建立和求解过程以及基于桥梁支座反力的车轴识别理论,建立了试验室车桥振动缩尺模型,并通过模型试验对提出方法的有效性和精度进行了验证。然后基于数值模拟,研究了路面不平整度、车辆行驶速度、噪声水平等重要因素对该方法识别精度的影响。最后,将此方法与既有基于桥梁弯曲应变的桥梁动态称重方法进行了对比。研究结果表明:该方法能够准确识别车辆的行驶速度、轴距、轴重和总重信息,模型试验和数值模拟结果均显示车辆行驶速度、轴距、轴重的识别误差能控制在5%以内,车辆总重误差能控制在2%以内;该方法的识别精度优于传统基于弯曲应变的动态称重方法,且车速越高时,该方法精度优势越明显;该方法在路面不平整、噪声等因素的干扰下仍然具有良好的稳定性。     

土耳其耶迪库勒铁路钢桥疲劳寿命评估与加固

土耳其连通欧亚大陆的马尔马拉跨海工程将继续使用一批现有铁路桥梁.以该工程中的耶迪库勒铁路钢桥为例,辨识这类桥梁剩余使用寿命的影响因素,确定可能延长桥梁使用寿命的方案.首先,对全桥结构进行外观检测,确定由桥下公路交通所造成的损伤.通过详细的现场测试和进一步分析研究,确定当前运营条件下的轴载和桥梁响应,建立典型列车车辆的统计分析模型,采用现场的测试结果校验结构计算模型,并根据统计的列车交通量,对桥梁进行再评估.评估结果已用于确定桥梁的剩余寿命,进而提出延长桥梁使用寿命的加固方案.     

伏龙大桥加固方案的模糊优选及计算分析

为选择一个技术上可靠、经济上合理的较优加固方案,由桥梁病害着手分析加固方案优选的主要影响因素,提出5项底层评价指标,运用层次分析法建立方案优选三层模型,确定各层级判断矩阵及权重矩阵,根据模糊综合评价原理确定优选加固方案.以使用年限达18年的单跨钢筋混凝土中承式系杆拱桥——伏龙大桥为例,介绍从桥梁检测、病害总结、层次分析...     

Fatigue assessment of rear axle under service loading histories considering the strengthening and damaging effects of loads below fatigue limit

Accurately predicting the fatigue life is the basis for the reliability and lightweight design of automobile parts. However, the predicted lives under service loadings on the basis of the S-N curve from constant amplitude loads from existing methods often seems conservative compared with real lives, because of ignoring the strengthening effect of loads below fatigue limit. In this paper, a fatigue damage model, which is modification of Miner’s Rule, was established for the fatigue assessment under service loadings by means of taking into account the strengthening and damaging effects of loads below fatigue limit. Then this model and conventional Miner’s Rule are applied to the estimate the fatigue life of a torsion beam rear axle using the loading history recorded on proving ground. Finally, verification tests are performed on MTS road load simulator test bed. Results of predicted lives and fatigue tests demonstrate that the accuracy of the predicted life could be greatly improved by taking into account the strengthening and damaging effect of loads below fatigue limit.     

非平稳车载及抗力劣化进程下混凝土桥梁时变可靠性评估

为实现同时考虑车载过程及抗力劣化进程非平稳性的在役混凝土桥梁构件时变可靠性评估，首先，联合时域内的动态广义极值分布模型及蒙特卡洛模拟实现对连续非平稳车载过程的极值建模，介绍基于Gamma过程的在役混凝土桥梁构件抗力非平稳劣化模型的建立及更新；其次，综合考虑边际救生成本准则、个体风险准则及社会风险准则对运营阶段目标可靠度指标取值进行讨论，为时变可靠性评估提供基准安全边界；最后，在基于风险函数的时变可靠性分析方法框架之下建立同时考虑车载及抗力非平稳性的时变可靠性分析方法，其中借助高斯数值积分及泰勒级数展开解决时变可靠性的求解问题，并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明：当荷载参数截口分布呈现多峰形态时，可采用广义极值分布函数族中的极值Ⅰ型分布对其年最大分布进行描述；交通量的持续增长将导致变量年最大分布位置参数的不断提升及尺度参数的不断下降；综合考虑3种可靠度指标分析准则，建议在役混凝土桥梁构件运营阶段年目标可靠度指标取为3.98，具体评估工作中不能忽略基准期对目标可靠度指标的影响；通过时变可靠性评估工作的开展，可获取构件在未来较长服役期内可靠度指标的变化情况、服役状态达到临界安全水平所对应的时间节点以及构件可靠性冗余度的时变情况；该类结果的获取可为在役桥梁全寿命维养策略制定等工作提供直接参考。     

实测轴载谱道路当量轴载换算系数的确定

对路面损坏起作用的是轴载,不同的轴载谱可以换算得到不同的当量轴载换算系数。在以往的计算中由于称重仪器的缺乏,采用了近似方法模拟轴载谱;现WIM得到了应用,实际轴载谱的获得已经可能。提出了实测轴载谱条件下道路当量轴载换算系数的确定方法,并结合上海市轴载调查给出了按照道路分类进行的标准轴载作用次数的计算实例。     

基于车辆轴型分类的公路货运车辆运营成本研究

针对目前公路货运车辆运营成本分析中车型分类与装载量确定方法的不足,提出了基于车辆轴型分类的运营成本研究模式,在按轴型划分的交通量和轴载调查的基础上通过建立轴载分布模型确定分析车型与其装载量,并根据政府政策和车辆装载量的影响程度分类统计分析车型的单位运营成本。使用安徽省调查数据推导出了公路货运车辆运营成本与装载量之间的经验公式。结果表明:该省公路货运车辆的平均单位运营成本在0.253-0.756元/t·km之间,与市场运价基本一致。     

基于可靠性的桥梁抗剪承载力临界寿命曲线

为建立基于可靠性的在役T形截面简支梁桥抗剪承载力临界寿命曲线,并提出相应的受剪承载力剩余寿命实用预测方法,以设计目标可靠指标降低0.5为受弯构件抗剪承载能力最低可靠指标。在引入抗力简单随机过程模型的基础上,通过计算不同评估基准期与最低可靠指标对应的构件抗力相对折减系数限值,建立了基于抗力折减系数限值的受弯构件抗剪承载能力临界寿命曲线和预测方法。最后,以某20 m简支T形梁桥为例进行抗剪承载力寿命预测,计算结果表明,本文提出的抗剪承载力寿命预测方法简单实用,与基于可靠度的在役桥梁承载能力剩余寿命预测方法是等效的,避免了寿命预测中复杂的可靠指标计算过程,可用于在役桥梁受弯构件抗剪承载力寿命预测。     

基于运力均衡与价格弹性的公路货运量预测方法研究

针对传统公路货运量预测中不考虑货运供给特征和货运需求量结构性变化的不足,提出了通过分轮轴类型的交通量调查和轴载谱调查,获取基年车辆装载量概率密度分布函数,使用主流车型的短期平均运输成本拟合得到车辆长期平均运输成本函数,根据运力均衡的思想和货运需求价格弹性模型对计划年分批量的公路货运需求量进行修正,在此基础上建立外部环境变化时计划年公路货运量的预测模型.     

体外预应力加固桥梁正截面强度的计算

针对体外预应力加固梁时的受力机理和破坏形式，推导出了采用体外预应力加固设计的计算公式和应满足的条件，并应用于川藏公路某大桥的加固实践。该大桥根据本文所论述的原理进行加固后，一直维持了正常的通车和承载力，取得了良好的使用效果。该加固方法施工简单易行，加固效果明显。本文中所建立的体外预应力加固设计计算公式可供同类加固设计参考使用。     

恒载性超载对在役桥梁受弯构件可靠性的影响规律

为深入研究恒载性超载对在役桥梁安全性的影响程度,以加固后桥梁名义恒栽效应与原名义恒载效应之比作为恒载超载系数,详细分析了在役桥梁受弯构件可靠指标随恒载超载程度的变化规律.鉴于新老桥梁设计规范极限状态设计表达式的不同,采用<公路工程可靠度设计统一标准>建议的抗力与荷载效应的统计参数,分别计算了与不同恒载超载系数对应的受弯构件可靠指标.计算结果表明,随着恒载标准值效应所占比重的增加,恒载性超载对桥梁结构安全性的影响愈明显.桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强.在满足目标可靠指标要求的前提下,结构或构件容许一定程度的超载作用.