拱桥汽车设计荷载标准分析

分析了超载车辆对桥梁的影响与现行规范即《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中的汽车荷载标准对公路上运营车辆荷载的适用性,研究了广深高速公路车辆荷载的动态称重系统(WIM)实测数据,利用Monte Carlo方法模拟随机车辆荷载和随机车辆间距,编制了随机车队加载效应计算程序,计算了无铰拱跨中和拱脚截面的弯矩效应,采用极大值分布原理求得荷载效应在设计基准期内的标准值,给出基于WIM实测数据的汽车荷载标准模型,并与现行规范中的设计荷载标准进行对比。计算结果表明:推荐车道荷载作用效应对实测荷载效应包容性和适用性良好,拱桥跨中弯矩误差小于7%,当跨径为25~65、110、120m时,拱脚弯矩误差为5%~11%,其余跨径时的拱脚弯矩误差小于5%;基于广深高速公路实测荷载推定的荷载标准与现行规范中公路-Ⅰ级车道荷载在无铰拱上产生弯矩效应的比值为1.24~2.18,平均比值为1.80,说明广深高速交通量大,车辆超载超限严重,根据实测车辆荷载推断的荷载标准与现行规范荷载标准出现了较大偏差,广深高速桥梁设计荷载标准应在现有规范基础上适当提高。     

超重车模型及多-单车道荷载效应

为获取超重车主要参数特性以及典型超重车模型,计算并对比多车道和单车道上超重车纵横向并行引起的荷载效应,收集了美国加州历时3 a的动态称重（weight-in-motion,WIM）数据,以加州交通厅许可荷载车模型为参照,提取实测超重车数据,分析了超重车辆荷载构成特点,建立了典型超重车辆模型. 分别计算了多、单车道超重车荷载效应,并将两者与现行的中国JTG D60—2015规范和美国AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials）规范进行了对比. 结果表明:多车道叠加荷载效应较单车道以及中美规范值都大得多,单车道荷载效应与规范值相近或略高一点;多-单车道跨中弯矩最大比值为2.05倍,平均比值为1.65倍;剪力最大为2.05倍,平均为1.70倍.      

重载交通下空心板桥梁承载能力安全性

基于河北省宣大高速长达18个月的动态称重数据,从中分离出特重车辆荷载数据,分析了车辆的质量、速度、到达时间与位置等关键荷载参数的分布特性;提取了特重车辆典型车型,分析了各车型轴重分布;采用桥梁动力分析系统对883个特重车辆荷载工况进行动态可视化仿真,通过空心板桥结构响应与设计汽车荷载效应的对比,分析了特重车辆荷载与设计汽车荷载的差异,并通过考虑恒载效应与特重车辆荷载效应的组合,研究了重载下空心板桥梁的承载能力安全性。分析结果发现:正弯矩效应极值与设计值之比达到了2.09,剪力效应极值与设计值之比达到了1.97,说明实际中最大特重车辆荷载已明显超越设计汽车荷载;正弯矩效应均值、剪力效应均值与设计值之比接近1.0,说明实际中平均特重车辆荷载与设计值比较接近;抗弯与抗剪承载力评估指标分别在0.50、0.40上下浮动,其极值分别在0.72、0.50上下浮动,说明按照当前设计水平建造的空心板桥梁能够满足重载交通下的运营安全性,抗弯承载能力较抗剪承载能力具有更大的冗余度;承载能力评估指标随跨径变化未出现明显的增减趋势,说明冗余度水平随跨径的增大基本保持稳定。     

大跨度悬索桥冲击系数研究

以重庆青草背长江大桥为工程背景,基于桥梁静力效应等效的原则针对规范车道荷载逆向反推得到桥上车辆的布置,开展不同车辆速度、路面粗糙度情况下的车辆-桥梁耦合振动分析,得到桥梁各关注项目的冲击系数,评价现行规范冲击系数取值的适应性。研究结果表明:现行规范中的冲击系数取值对于大跨度悬索桥的部分内力效应偏于不安全。     

基于WIM数据的公路桥梁交通荷载水平研究

准确评价桥梁实际交通荷载水平是正确评估桥梁结构服役状态的重要前提。介绍现行规范车辆荷载模型的获取过程,详细说明单一桥梁交通荷载水平研究的技术路线。根据所获得的2015年10月—2016年4月共计233d的WIM实测交通车辆数据,以104国道上某(60+100+60)m预应力变截面连续箱梁中跨跨中截面弯矩为例,对比计算实际交通汽车荷载及现行规范汽车荷载的对应效应值。计算表明,该桥交通管制效果明显,实际交通荷载水平小于规范对应值。     

大跨度双层钢桁梁悬索桥的车桥耦合振动研究

将车道荷载效应乘以冲击系数,可以得到桥梁设计中车辆的活载效应。因此,可以反推车道荷载,得到确定的交通车流分布,以此来计算桥梁的响应和冲击系数,以检验规范所获得的冲击系数是否合适。结果表明,桥梁位移响应主要与车辆行驶速度有关,与路面不平整度无明显关系;桥梁的内力响应与路面不平整度有关;路面粗糙度对主梁垂直位移、梁端挠度和塔顶垂直位移影响不大。     

基于POT理论的城市桥梁车辆荷载效应研究

车辆荷载效应是桥梁设计中重要的技术指标之一,是对拟建桥梁荷载取值和现有桥梁安全性评估的重要依据。结合调查地区的车辆荷载数据,提出了相应的车辆荷载模型,运用蒙特卡洛法模拟密集和拥堵运行状态下荷载流,以各跨径简支梁桥(10～60m)跨中弯矩值为研究对象,进行影响线加载计算;运用Peak Over Threshold(POT)理论对效应尾部数据进行分析,由极值理论外推得不同设计基准期内车辆荷载效应值,并与《城市桥梁设计规范CJJ11-2011》规范值作对比分析,结果表明:密集运行状态下不同设计基准期内外推值是规范值的1.13～1.38倍,拥堵运行状态下是规范值的1.18～1.46倍。     

基于平衡更新过程的高速公路桥梁车辆荷载效应

以沈海高速(G15)33福宁段下白石特大桥为工程背景,基于动态称重(WIM)系统监测信息,在统计分析车辆连续到达车间距、车重等信息的基础上,利用平衡更新过程建立了下白石大桥车辆荷载效应模型。研究表明:不同荷载重现期内下白石大桥车辆荷载效应服从极值I型分布;实际运营车辆荷载效应超越现行设计荷载规范的概率随荷载重现期增加依次增大;基于平衡更新过程的车辆荷载理论具有一定的合理性,但受荷载效应最大值的影响较大,不宜用于分析有突变特征的车辆荷载效应。     

基于马尔科夫链的车辆荷载效应计算模型及车辆相关性研究

车辆荷载是公路桥梁所承受的主要活荷载,准确地计算其最大荷载效应是新桥设计和既有桥梁评估工作中十分重要的环节。根据马尔科夫链随机过程理论,提出了连续车队流车辆荷载效应计算模型;利用实测WIM数据计算了多车道车辆并行概率及车辆相关系数,计算结果表明:多车道车辆并行概率并非常数,且并行车辆相关性较低,不应作为车辆随机流模拟假设。     

多塔斜拉桥汽车荷载总体响应分析

以国内某6塔斜拉桥为分析对象,引入汽车荷载实际响应计算的方法与技术,分析了不同交通运营状况下控制结构总体性能的特征效应响应时程。并将计算结果与JTG D 60—2004《公路桥涵设计通用规范》汽车荷载计算结果进行了比较研究。结果显示:该多塔斜拉桥在不同交通运营状况下响应极值均显著小于规范计算值,依照现有设计本桥对汽车荷载有很大安全储备;多塔斜拉桥的汽车荷载响应特征与日均交通量及重车混入率密切相关;不同效应呈现出对汽车荷载加载方式及取值不同的敏感性能。为此,可以尝试建立反映实际负荷状况的多级别多参数汽车荷载模型,优化多塔斜拉桥设计。     

预应力锚索柱板墙现场动态测试研究

以预应力锚索柱板墙为研究对象,通过在挡土墙所在位置的路基与墙背处布置应变式动土压力盒,对车辆在不同载重、不同车速和行驶在不同车道时的动态响应进行测试,并评估交通荷载对支挡结构的作用与影响。测试表明汽车荷载的增加是引起挡土墙破坏的重要原因,而汽车行驶速度对挡土墙动应力的影响较小。鉴于汽车在超车道上行驶时,对挡土墙的影响程度远小于在行车道上行驶时的影响,挡土墙的设计计算时,应主要考虑汽车荷载在行车道上的动荷载的作用。     

不同技术状况等级下公路桥梁限载

以现行《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)为依据, 提出一种考虑桥梁实际技术状况等级的钢筋混凝土简支梁桥限载分析方法, 并推算了不同时期规范中桥梁在不同技术状况等级下的典型车辆限载建议值; 以结构可靠度理论和现行规范设计表达式为基础, 以设计活恒载比为基本参数建立了公路桥梁限载简化分析模型; 以现行桥梁设计规范抗力标准值为基准确定了不同技术状况等级桥梁对应的抗力修正系数; 应用公路桥梁限载分析程序分别计算了按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023—85、JTG D62—2004和JTG 3362—2018)设计的桥梁在不同技术状况等级下的限载系数; 依据设计汽车荷载标准值效应限值与典型车辆荷载效应等效假定, 提出了钢筋混凝土简支梁桥的限载建议值。分析结果表明: 在相同的技术状况和安全等级下, JTJ 023—85规范中汽车-超20级和汽车-20级桥梁限载较JTG D62—2004规范中安全等级一级的公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级高, 最大差值分别为1.2和5.0 t; JTG 3362—2018规范中公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级的桥梁限载明显高于JTJ 023—85和JTG D62—2004规范, 最大差值分别为13.8和8.6 t, 且技术状况等级越高, 桥梁限载差值越大; 不同时期规范中桥梁初始设计抗力的差异导致其在相同技术状况等级下的典型车辆限载不同, 在按技术状况等级对在役桥梁制定限载措施时, 应考虑不同时期设计规范的影响。      

整体现浇板板壳模型的汽车荷载模拟方法探讨

利用有限元分析软件MIDAS/civil建立整体现浇板的板壳模型,分别采用多种方法对车道荷载及车辆荷载进行模拟,并对计算结果进行了对比分析,得出了板壳模型的汽车荷载模拟方法,可为同类工程设计提供参考。     

多车道高速公路货车车道路面结构内部应变的现场测试与分析

为了能够获得实际车辆荷载作用下路面结构内部的力学响应,以沈平高速公路改扩建工程为依托,在大量的调研、试验、理论分析、数值模拟的基础上,提出多车道高速公路货车车道路面结构形式,并在沥青层中埋设应变传感器测量元件,对路面结构内部在不同实际车辆荷载作用下的力学响应进行监测,对多车道高速公路货车车道路面的性能和组合设计具有较大的参考价值。     

特殊情况下高速公路桥梁车辆荷载探讨

针对近年来各省连续发生多起桥梁垮塌事件,重载车辆频繁驶过桥梁的过程容易使桥梁产生各种疲劳问题。结合河北省高速公路在役重点桥梁进行重载车辆荷载谱监测,通过交通量调查,统计分析出现频率较高的车辆模型、车流量的分布、车辆的自身性质(轴距、轴重)等。依据疲劳等效损伤原理,推导出基于实测的5种日常营运重载车辆荷载模型,建立疲劳荷载谱。通过与公路-Ⅰ级汽车荷载作用效应进行对比,得出当跨径小于等于25 m时,应将其汽车荷载提高至1.3倍左右;当跨径大于25 m时,应将其汽车荷载提高至1.2倍左右。     

基于实测交通数据和可靠度理论的多车道荷载横向折减系数研究

采用可靠度理论并针对实测交通数据对交通流特性进行统计分析。根据实测交通量和车重信息提出给定车型的重车概率分布类型为双重威布尔分布,依据轴距数据运用核密度估计分析得出轴距的代表值,通过速度信息得出车速的分布类型,并取分布的0.05分位值作为车速的代表值。采用回归分析拟合最大荷载W_(max)与均值μ及标准差σ之间的关系式并获取车重样本的变异系数变化情况,进一步采用概率算法得出了适用于当前交通状况的多车道荷载横向折减系数。     

菖蒲港大桥桥梁荷载试验仿真分析

依据《通城县菖蒲港桥扩建工程施工图设计》及相关文件建立模型,为加载计算提供基本计算模型,按照现行规范验算了控制截面在设计荷载作用下的内力、应力、变形等效应,确定了加载车辆数、加载位置、加载效率,经过将荷载作用下的效应值和模型计算的计算值对比,得出菖蒲港大桥承载力、刚度、裂缝均满足要求。     

公路桥梁设计的荷载标准值适用性分析

依据经验法与概率统计法两种常用计算方法来计算公路桥梁上作用的汽车荷载。概率统计法以路桥上行驶的汽车重量为变量,对实际测量记录的路桥上车流荷载数据计算分析,确定车流荷载作用标准值。经验法是在进行桥梁设计时,考虑到实际的车流交通情况,确定荷载标准值。根据这两种方法,计算加载于结构的荷载效应,并与部颁标准进行对比分析,评价现行标准的适用性。将概率统计的计算结果与规范规定的荷载取值进行比较,发现规范规定的取值偏低,跨度越小越明显。根据地方标准计算得到的不同车队荷载情况下,车辆荷载效应均不同程度的大于部颁标准计算结果,结构安全储备系数更高。建议在以后的公路桥梁设计中,应根据实际桥梁跨度、车流或当地行车特点,来确定不同车辆荷载标准值作用。     

张花高速猛洞河大桥桥梁荷载试验仿真分析

依据《张花高速公路海螺猛洞河大桥施工图设计》及相关设计变更文件建立模型,验证了设计荷载（公路-Ⅰ级）作用下计算值与设计值相吻合、结构动力计算频率值及振动形式与设计相吻合,为加载计算提供基本模型,按照现行规范检算了控制截面在设计荷载（公路-Ⅰ级）作用下的内力、应力、变形等效应,以及确定加载车辆数、加载位置、加载效率.     

关于城市桥梁大件车辆荷载的设计分析

德阳市嘉陵江公路大桥设计中,桥梁结构需要通过大件车辆荷载,该车辆荷载为QGZH490型400 t全挂车荷载,已经远远超过现行规范荷载标准。重点介绍了针对该特种车辆荷载进行的专项设计分析。