城市桥梁在拥堵车辆作用下的荷载效应

通过对大城市交通拥堵和城市道路的车流分布特点的分析,模拟了车辆拥堵状态下的车辆荷载模型,然后选取了一座具有代表性的桥梁来展开研究,计算桥梁在不同的拥堵荷载模式下的荷载效应,包括梁体弯矩和剪力的变化规律,并将计算结果与设计状态下的荷载效应相比较,从而反映和揭示桥梁的实际受力状况.研究发现,小轿车拥堵、大客车拥堵以及小轿车和大客车混合拥堵所产生的荷载效应均小于设计荷载效应;而拥堵车辆中包含重车时所产生的荷载效应均可能大于设计荷载效应,对桥梁结构安全构成直接的威胁.     

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。     

基于动态称重技术的中小跨径桥梁最不利车辆荷载研究

当工业重型车辆通过中小跨径桥梁时,往往会造成比规范规定值大得多的荷载效应,因此在桥梁设计尤其是承载能力评估时,应当合理地选择车辆荷载进行复核验算。文章首先提出了最不利车辆荷载的概念,然后基于大量实测动态车辆荷载数据,通过综合评定车辆荷载构成及其效应的方法,给出了国内外最不利车辆荷载的实测记录,最后通过与规范规定值的比较,初步验证了该文所确定最不利车辆荷载构成的合理性。     

大跨钢桁拱轨道横梁半刚性连接的疲劳荷载

为评定公路与轻轨两用钢桁拱桥轨道横梁与主桁半刚性连接在车辆荷载作用下的疲劳损伤累积,对该构造细节在桥梁设计寿命期内车辆荷载产生的疲劳荷载谱的计算方法进行了研究.针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况,参照美国AASHTO规范,建立了反映桥梁设计寿命期内真实运营状况的疲劳荷载模型,并通过全桥三维有限元分析计算了该构造细节的荷载历程.根据疲劳损伤累积理论,确定了钢桁拱轨道横梁与主桁半刚性连接的疲劳试验荷载.     

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.      

实测车流作用下大跨桥梁荷载效应极值外推法

提出多种密度随机车流作用效应极值的概率叠加方法, 外推了公路实测车流作用下大跨桥梁的车载效应极值; 阐述了基于Rice公式的界限跨阈率叠加原理, 并验证了其正确性; 基于中国某高速公路长期监测车流数据模拟了稀疏、一般和密集3种状态的随机车流, 应用界限跨阈率叠加模型估算了某混凝土斜拉桥主梁的最大弯矩。研究结果表明: 根据某高速公路实测车流数据, 稀疏、一般、密集车流密度分别约为1.7、5.0、8.3veh·min-1;在数值算例中, 车辆质量为45t车型占有率由0增加至80%导致最大车辆质量仅下降1.2%, 而车辆质量为50t的车型占有率由0增加到20%导致最大车辆质量增加14.4%, 说明多个平稳随机过程组合而成的非平稳随机过程的极值主要是由数值较大的随机过程决定; 采用跨阈率叠加方法对某混合车流车辆最大质量的外推误差为2.55%, 验证了将实际混合车流数据进行“车流离散”和“极值概率叠加”后得到的车载效应极值的方法的可行性; 密集车流占有率从0逐渐增加至5%导致斜拉桥主梁弯矩极值增幅为33.45%;某斜拉桥设计年限内的年均交通量增长率为2.8%, 对应的主梁跨中正弯矩极值超越设计标准值的概率为0.83, 高于设计要求, 需对桥梁车流量采取管控措施。      

现行设计汽车荷载纵向折减系数的适应性分析

以可靠性理论研究为基础,结合实测的车辆荷载数据,从实测荷载效应与标准车辆荷载效应比值的概率分析中得到标准车辆荷载纵向折减的计算公式及桥梁纵向折减系数的建议值。多座大跨径实桥的实际计算结果证明,采用该研究建议后的折减效果是合理的。     

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。     

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。      

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。