标准疲劳车荷载模型研究

基于三条高速公路实测车辆荷载数据,采用等效损伤原理、泄水法及损伤比理论,推算出适用于工业化中后期地区的标准疲劳车;利用极值理论的POT模型构建了车辆荷载尾部分布描述,得到了荷载增长系数,获得标准疲劳车辆荷载模型。与现行规范采用的疲劳车辆模型相比:模型具有更好的适用性和安全冗余度,对我国公路桥梁疲劳涉及具有一定参考价值。     

公路钢桥疲劳标准荷载推导方法研究

基于中国公路交通的特点,从交通荷载的调查,典型车辆频值谱的确定,标准疲劳车模型的确定以及标准疲劳车模型的纵、横向修正等几个方面全面阐述了公路钢桥疲劳设计标准荷载的确定过程。并以东北某省为例,给出了汽车荷载的调查统计结果、标准疲劳车的推导结果以及多车效应的纵向修正结果等。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载模型,填补了中国公路钢桥疲劳设计中的空白,也为公路钢桥的运营管理和养护维修提供了有力的参考依据,对提高桥梁的耐久性具有现实的指导意义。     

公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准,根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据,以等损伤度为理论基准,得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样,以上述疲劳典型车辆为蓝本,建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型,进行构件疲劳损伤度计算,确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径(或影响线长度)的纵向修正系数,由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱.这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补我国公路桥梁疲劳设计的空白.     

公路钢桥疲劳荷载研究

介绍了国外公路桥梁荷载谱以及我国各省标准疲劳车的推导过程。通过对简支梁影响线按照各个规范规定的荷载谱加载计算得到等效弯矩,并对其进行内力幅的比较分析,为桥梁疲劳设计时荷载选用提供理论基础。发现对于影响线较短的小跨径桥梁而言,轴重的变异系数比车重的变异系数更大;而对于影响线较长的大跨度桥梁而言,车重的变异系数比轴重的变异系数大。为了更进一步证实理论研究的合理性,通过一个工程实例,进行了各国标准疲劳车的比较分析。结合理论和实例的结论,最终确定了适合我国交通荷载的标准疲劳车。并且通过与英国BS5400规范规定的标准疲劳车所做的损伤度比较,表明我国推导出来的标准疲劳车是适合我国国情的,可为今后的桥梁疲劳设计奠定理论基础,具有现实的指导意义。     

公路钢桥疲劳设计横向多车效应分析

为研究公路钢桥疲劳荷载横向效应,根据公路桥梁的交通特点和过桥车辆的随机性,采用已推导出的公路钢桥标准疲劳车辆荷载模型,基于Palmgren-Miner线性累积损伤准则,计算构件累积损伤度。运用概率理论分析方法,通过多辆车在同一车道上同时行驶、多辆车在不同车道上同时行驶、多辆车在不同车道上交替行驶,3种公路桥梁横桥向多车效应的情况分析,得出2、3、4车相遇概率与次数的计算方法,最终推导出公路钢桥疲劳设计时考虑横向多车效应确定横向系数的方法。给出适合我国国情的公路钢桥疲劳设计的荷载谱,以及疲劳设计时应采用的横桥向多车效应修正系数。     

广西地区高速公路桥梁疲劳荷载谱研究

利用动态称重系统获取了南友高速公路的车辆荷载数据,基于疲劳损伤等效原理推导出反映广西地区实际交通特征的疲劳荷载谱,分析了典型样式车引起的疲劳损伤与影响线长度的关系,研究结果表明疲劳损伤占比最大的车型随影响线长度不同而改变。最后,通过对规范标准疲劳车与本文提出的疲劳荷载谱引起的疲劳损伤进行比较分析,提出了广西地区高速公路桥梁进行疲劳设计的损伤修正系数建议值,以供设计人员参考。     

基于WIM数据的公路桥梁车辆疲劳荷载模型研究

公路桥梁的疲劳损伤是由各式载重不同的车辆反复作用产生的,所以对公路桥梁进行抗疲劳设计或疲劳寿命评估采用的荷载应能够反映桥梁的日常交通荷载特征。该文结合南溪长江大桥WIM系统测得的18个月的车辆荷载数据,对车辆参数统计及疲劳荷载模型展开研究。引用统计学的高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)和赤池、贝叶斯两种信息判别准则(AIC、BIC),结合EM算法得到车重、轴重的最优模型。采用Matlab拟合工具箱对部分车辆荷载参数进行曲线拟合,得到车头间距等参数的分布类型。基于Miner准则和线性累积损伤原理,得到5种疲劳荷载模型,并计算各车型的疲劳损伤贡献值和损伤度。相比于以往的疲劳荷载模型,该文得到的分时段疲劳荷载谱用于实桥计算疲劳损伤和疲劳寿命评估时可用两种时段的模型车辆循环加载,更接近实际车况,使计算结果更精确。     

基于能量法的组合梁桥拥堵车辆怠速振动所致疲劳损伤评估

针对拥堵车辆怠速振动造成的城市桥梁疲劳失效风险，利用ABAQUS建立车辆拥堵荷载作用下的车-桥耦合有限元模型，通过动力响应分析和应力循环计数，采用能量法以总应变能密度为损伤参量，计算4种拥堵工况下城市组合梁桥钢箱构造细节的疲劳累积损伤，并通过与规范标准疲劳车畅通运行状态时的损伤对比，综合评估车辆拥堵对城市组合箱梁桥疲劳性能的影响。结果表明：城市组合梁桥在车辆拥堵荷载作用下弹性应变能在总应变能密度值中占主导地位，其疲劳行为是典型的高周疲劳，疲劳损伤主要来自于怠速振动初始的3~5个高应力幅循环；钢箱底板-腹板焊缝构造细节的疲劳累积损伤为母材的2~5倍，焊缝是疲劳性能较薄弱的部位；当典型拥堵车流只包含小汽车及公交车时，拥堵状态下的疲劳损伤可偏于安全地采用1辆标准疲劳车怠速振动进行评估，但在某些未限制货车通行路段，车辆拥堵造成的疲劳损伤显著增大；由于发动机怠速振动动力效应致使等效应力幅增大65%，1辆标准疲劳车1次拥堵作用下的疲劳损伤是畅通状态下疲劳车单次过桥产生损伤的14.7倍，构造细节疲劳破坏风险增大；考虑车辆拥堵影响后疲劳累积总损伤增大，疲劳损伤受拥堵工况、交通量及拥堵时长影响，日均拥堵4 h情况下，考虑拥堵后的疲劳损伤可达不考虑时的3.5倍。该文可为类似桥梁疲劳评估提供借鉴参考，为保障既有城市钢桥的安全运营提供一定的基础理论支撑。     

基于WIM的高速公路桥梁车辆疲劳荷载谱研究

利用动态称重(WIM)系统收集G1、G15和G55 3条典型高速公路上省域交界处的车辆荷载数据,将车辆荷载根据轴型分为8类,根据Minner等效疲劳损伤原理将8类车等效为5类车型,建立了3个站点的车辆疲劳荷载谱,并采用雨流计数法及二跨连续梁弯矩影响线分别求得了3个站点的典型疲劳车模型。     

基于WIM的钢桥面板疲劳荷载模型研究

为确定不同等级公路钢桥面板的疲劳荷载模型,以某钢箱梁斜拉桥为例,建立钢箱梁节段有限元模型,分析钢桥面板典型疲劳细节的应力影响线特征,选取不同等级的5条公路,通过动态称重(WIM)数据获取交通荷载分布,将实测疲劳荷载谱在典型疲劳敏感细节上进行影响线加载,计算实际车流下各细节的疲劳损伤并确定主导致伤车型,基于等效损伤原理确定钢桥面板疲劳荷载模型,并验证疲劳荷载模型的适应性。结果表明:不同等级公路钢桥面板的疲劳荷载模型不同,高速公路为六轴卡车,一级、二级公路为四轴卡车,三级、四级公路为二轴卡车;提出的疲劳荷载模型能够较好地代表不同等级公路的实际交通荷载水平。     

大跨径双层悬索桥钢桁梁整体焊接节点疲劳分析与试验

为了给大跨径钢桁梁悬索桥抗疲劳设计提供依据,针对杨泗港长江大桥钢桁梁采用的整体焊接节点,开展了多轴疲劳荷载作用下整体焊接节点的有限元疲劳分析和试验研究。首先通过建立全桥有限元模型,基于英国BS 5400规范和Miner准则,获得了在标准疲劳车作用下全桥最不利整体节点及其各杆件200万次等效疲劳轴力幅;其次建立最不利整体节点空间精细化模型,通过对各轴向杆件施加200万次等效疲劳轴力幅,进行了多轴荷载下整体节点的疲劳性能分析;最后基于相似理论,设计了1∶6的整体焊接节点缩尺模型,进行多轴荷载下的疲劳试验研究。结果表明:位于距主塔297m距离的F34节点为疲劳最不利下弦杆整体节点;F34节点最大Von-Mises应力在78.8~130.6 MPa,小于设计规范的疲劳强度;200万次的模型疲劳加载试验过程中,未发现任何疲劳裂纹产生,各测点的应力值与理论值误差小于7.8%;杨泗港长江大桥钢桁梁整体焊接节点疲劳性能满足设计要求,研究成果对大跨径双层悬索桥抗疲劳设计具有直接的指导作用。     

基于超载作用的斜拉桥索塔整体式钢锚箱疲劳性能研究

车辆荷载作为动载通过斜拉索传力对索塔钢锚箱的疲劳性能有很大的影响,超载现象对钢锚箱疲劳性能的影响更大,尤其体现在对其疲劳寿命及损伤值的影响。为了研究车辆荷载对钢锚箱疲劳性能的影响,该文以某双塔双索面斜拉桥为工程背景,建立了全桥有限元模型和索塔处钢锚箱的整体细部模型。基于S-N曲线的名义应力法及Miner线性累计损伤理论,计算分析在成桥阶段钢锚箱的应力集中情况。选取应力集中严重、应力值较大的细节作为关注疲劳细节点,分析其对数寿命和损伤值。该文重点研究了不同程度的汽车超载对钢锚箱疲劳寿命及疲劳损伤的影响。     

大跨度斜拉桥拉索疲劳参数分析中移动荷载的选定

以苏通大桥第J32号斜拉索为分析对象,对其疲劳荷载谱计算方法进行研究。分别采用单一疲劳车和车道折减等2种不同移动疲劳荷载模型计算斜拉索等效疲劳应力幅值,并对其结果的合理性进行对比分析。得出结论:对于大跨度斜拉桥,采用车道折减荷载分析斜拉索轴向疲劳应力较为理想。     

坝陵河大桥钢桁加劲梁主横桁架焊接整体节点疲劳试验

贵州坝陵河大桥为主跨1088 m的单跨简支钢桁加劲梁悬索桥,钢桁加劲梁的主横桁架与主桁架上弦杆之间采用焊接整体节点连接.为研究该焊接整体节点的疲劳性能,进行了足尺模型疲劳试验.根据该桥设计交通量,采用BS 5400规范中的标准疲劳车,按损伤等效原则,并考虑多车效应及缩尺比例,推算了试验疲劳荷载.试验结果表明,经过200万次的循环加载后,节点模型未出现任何疲劳裂纹,应力状态稳定,结构疲劳性能满足设计要求.该焊接整体节点形式对我国今后大跨钢桁梁桥类似节点的设计和研究有重要参考意义.     

双层钢桁架悬索桥整体节点疲劳试验研究

大连星海湾大桥是中国首座双层钢桁架公路悬索桥,其主桁架杆件采用整体节点连接。为了掌握该桥整体节点的疲劳性能,对弦杆整体节点1∶2缩尺模型进行疲劳试验。参考国内外同类桥梁疲劳试验,采用英国规范BS 5400规定的标准疲劳车,确定疲劳试验荷载取值。在设定的试验荷载下进行200万次循环加载。在试验过程中每50万次循环加载后停机进行静载试验,并对模型重点部位进行裂纹观察。结合国内外相关规范,评估整体节点的疲劳安全性能。试验结果表明:实测应力幅基本为50 MPa以下,试验模型应力水平较低,疲劳加载200万次后,试验模型未出现裂纹。在结构使用寿命期间内和正常养护维修情况下,整体节点不会发生疲劳破坏。     

大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命评估

为了探明大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命,以某双层悬索桥为工程依托,采用MIDAS/Civil建立双层悬索桥全桥空间有限元模型,以荷载影响线原理为依据,获得了主桁各杆件应力幅最大单元的位置。通过ANSYS Workbench数值模拟出钢桁梁焊接交叉部位过焊孔构造细节S-N曲线,并确定出200万次循环对应的疲劳强度。悬索桥计算模型中以中国最新公路规范中的标准疲劳车为加载车辆,探明了主桁杆件200万次等效应力幅,并与理论计算出的S-N曲线200万次疲劳容许应力对比。结果表明主桁杆件最大应力幅小于200万次循环对应的疲劳强度,主桁杆件疲劳寿命满足设计要求,为桥梁的安全运营提供理论依据和技术支持。     

体外预应力节段预制拼装混凝土梁疲劳试验研究

为研究体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳性能,设计制作了1∶3缩尺模型,进行设计荷载下的疲劳模型试验研究。综合对比国内外多种疲劳荷载计算方法,确定试验疲劳等效荷载;在此基础上,进行了体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳理论分析和200万次疲劳加载试验。理论分析结果表明,节段预制拼装梁包含的混凝土和体外预应力构件抗疲劳能力具有较大余量,不控制结构的耐久性;试验结果表明,模型在200万次疲劳加载后,各部位均未发现疲劳裂纹,模型的力学特性未随循环次数的增加而发生明显改变,验证了结构设计的合理性和安全性。     

基于S-N曲线的钢桥疲劳寿命研究

针对我国《铁路桥梁钢结构设计规范》中关于钢桥疲劳寿命评估方法存在的不足,提出了考虑多车效应和冲击效应作用下疲劳车辆模型的确定方法。通过比较英国BS5400规范和美国AASHTO规范中关于S—N曲线的修正方法,得到了变幅疲劳荷载作用下S-N曲线的修正方法,并通过工程实例验证了在考虑多车效应和冲击效应作用时,采用该修正方法计算得出的疲劳寿命更加合理。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

湛江海湾大桥索梁锚固结构的疲劳试验研究

斜拉桥索梁锚固区受力复杂,特别是在运营活载作用下的疲劳性能值得关注。该文主要介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,对湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验进行介绍,结合理论分析和疲劳试验结果,研究循环荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构的疲劳性能,对锚拉板式索梁锚固结构耐久性做出了评价,并对锚拉板的设计提出建议。