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.     

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。     

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实测数据的标准疲劳车模型研究

该文利用渝湛高速公路27万多个货车的动态称重数据,根据等效损伤原理,推导出标准疲劳车模型,依据可靠度理论和极值理论,修正了标准疲劳车的保证率,并将其与国内外标准疲劳车模型产生的荷载效应进行了比对。分析结果表明:该文所提出的标准疲劳车模型具有较强的适用性和有效性,可以较好地反映中国工业化中期地区运营车辆荷载状况。     

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。     

济青高速公路桥梁疲劳荷载车辆模型研究

本文针对高速公路钢筋混凝土桥梁,在车辆调查的基础上,依据疲劳损伤原理,得出高速公路疲劳荷载谱及标准疲劳车辆模型,相关结果可为高速公路混凝土桥梁的设计和测试提供参考和依据。     

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。     

交通荷载对混凝土梁桥疲劳损伤的影响分析

为研究交通荷载对混凝土梁桥疲劳损伤的影响规律,基于7 d的动态称重(WIM)数据,采用Matlab加载程序,获取最不利截面底板钢筋的疲劳应力谱,并根据疲劳累积损伤理论进行不同交通荷载状况下的疲劳损伤分析。研究结果表明:交通量与疲劳损伤近似呈线性关系,超载及荷载水平提高引起疲劳损伤呈非线性增长,荷载水平提高引起的疲劳损伤远大于交通量增长及超载。在运营管理过程中,应密切关注交通量及荷载水平变化,严格控制超载车辆通行。     

云南省公路桥梁疲劳荷载车辆模型研究

公路桥梁活载是桥梁疲劳失效的主要影响因素,而公路桥梁承受活载情况极其复杂,要制定普遍意义上的疲劳荷载谱,必须选取典型路段进行交通量调查,经过统计分析得到实测的车辆荷载频值谱。根据等效疲劳损伤原理,将实测的车辆荷载频值谱简化为由疲劳荷车辆组成的荷载频值谱,根据车辆组成的荷载频值谱建立了云南省公路桥梁疲劳荷载车辆模型。研究结果表明造成云南省内公路桥梁疲劳累积损伤的主要车辆为两轴的大型客车及货车,研究结果可供云南省公路桥梁疲劳损伤验算或疲劳设计时参考。     

公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头的疲劳荷载

为评定公轨两用钢桁桥下层轨道横梁与焊接整体节点连接头在交通荷载作用下的疲劳损伤累积，对该细节在桥梁设计寿命内车辆荷载所产生的疲劳荷栽谱的计算方法进行了研究。在对桥梁的车辆荷载进行分析的基础上，参照各国相关规范，建立了代表桥梁设计寿命内真实运营状况的疲劳荷载模型，并通过全桥三雏有限元分析模拟计算该连接细节所承受的荷载历程。依据疲劳损伤累积理论，确定了公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头验证性疲劳试验的试验荷栽。结果表明：该连接细节的疲劳损伤荷载基本不受上层汽车的影响，主要取决于轻轨，可以通过直接将轻轨计算结果乘以一定的提高系数得出。     

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。     

基于疲劳寿命的钢筋混凝土桥梁限载取值分析方法

为了确定钢筋混凝土桥梁限载的合理取值,针对钢筋混凝土桥梁的疲劳性能,考虑随机车流参数、超限车违规率等因素的影响,进行了基于疲劳寿命的桥梁限载取值分析方法研究,提出了一种基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤理论的桥梁限载取值分析方法。首先基于交通荷载资料和蒙特卡罗法进行随机车流模拟,根据桥梁限载试算值和超限车违规率剔除超限车得到修正的模拟随机车流;然后通过雨流计数法得到应力幅谱,根据S-N曲线和疲劳损伤准则计算桥梁疲劳寿命;最后取能使桥梁疲劳寿命达到期望值的限载试算值作为桥梁限载值。以某地区的交通荷载资料及跨径为20m的简支T梁桥为例,确定了在不同日均交通量和超限车违规率下能使桥梁疲劳寿命达到期望使用年限的桥梁限载值。研究结果表明:日均交通量和超限车违规率均显著影响桥梁的疲劳寿命及桥梁限载取值,日均交通量越大,桥梁的疲劳寿命越短;当日均交通量小于6 000veh时,在不同的桥梁限载值下桥梁的疲劳寿命均大于期望使用年限,当日均交通量大于8 000veh时,桥梁的疲劳寿命仅在特定桥梁限载值下才能达到期望使用年限;超限车违规率越大,通过调整桥梁限载值来提高桥梁疲劳寿命的效果越不明显,当超限车违规率较小时,桥梁的疲劳寿命随限载试算值的减小而大幅增长,当超限车违规率较大时,桥梁的疲劳寿命随桥梁限载试算值的减小,增幅并不明显。     

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。     

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明：桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。     

正交异性钢桥面板疲劳寿命设计优化研究

采用有限元计算方法,对某大桥钢桥面铺装在采用钢-UHPC超轻型组合梁优化前后的钢箱梁节段正交异性钢桥面板的主要连接接头进行了分析,研究了在轮轴荷载作用下主要疲劳裂纹的控制应力的分布特征及应力影响面,建立了较全面的荷载作用与应力效应的对应关系,并由此推算出实桥在设计疲劳荷载作用下的应力历程及相应的应力谱。针对设计疲劳寿命周期内的正交异性钢桥面板的各构造细节,根据Miner疲劳损伤累积理论计算出相应的疲劳累积损伤,并对其疲劳寿命进行评估。采用普通钢桥面铺装时,靠近顶板与U肋、U肋与横隔板连接处的主要疲劳裂纹,其疲劳累积损伤度在设计使用寿命周期内均大于1,存在较高的疲劳开裂风险。经钢-UHPC超轻量组合桥面板设计优化后,顶板与U肋连接处抗疲劳性能改善效果显著,在大桥设计寿命周期内可满足抗疲劳设计的使用要求;但设计优化对横隔板-U肋-顶板连接处的抗疲劳性能影响有限,在设计使用寿命周期内,疲劳裂纹C.5、C.6、C.6.1、C.7仍存在较高的开裂风险,需引起重视。     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

致损荷载信息缺失在役钢桥的疲劳损伤状态重构方法

大多数在役钢桥的致损荷载信息缺失,根据不完备监测检测信息重构结构的疲劳损伤状态,是确保结构服役安全的基本前提。基于部分疲劳开裂信息反向重建等效致损荷载信息,提出了致损荷载信息缺失条件下的在役钢桥疲劳损伤状态重构方法。首先通过线性损伤累积理论和等效结构应力评估方法计算不同荷载工况下的疲劳敏感构造细节疲劳损伤累积;以钢桥服役期间疲劳损伤监测检测获得的疲劳裂纹检测结果为约束条件,将荷载工况的线性组合作为等效荷载历程,实现了在役钢桥结构的疲劳损伤状态重构;通过模型试验对所提出的疲劳损伤状态重构方法进行了验证。研究结果表明:基于疲劳裂纹损伤信息,在致损荷载信息缺失条件下重构得到的疲劳敏感构造细节损伤状态重构结果与试验结果吻合,证明了致损荷载信息缺失条件下实现疲劳损伤状态重构的可行性和所提出方法的有效性,为在役钢桥的实际疲劳损伤状态评估提供了新思路和新方法。     

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。     

考虑低载荷强化效应的汽车转向节疲劳分析

本文中基于试验场强化道路实车测试,结合零部件有限元动力学仿真和疲劳耐久性能仿真,探求考虑小载荷强化效应与Miner准则两种疲劳分析方法对汽车零部件疲劳寿命预测的差异性。通过室内实车振动测试与有限元仿真联合分析,确定前转向节疲劳损伤危险点(即路试应变监测点);提取试验场强化道路实测应变监测点应变时间历程,经过预处理、时域加速、雨流矩阵外推和载荷谱分级得到10级等效应力谱。结合低载荷强化理论和线性累积损伤理论对10级等效应力谱的疲劳效应和损伤效应进行分析,相对于传统Miner准则而言,考虑了小载荷强化效应使构件在加载过程中疲劳极限呈现上升规律,进而需要修正构件S-N曲线(简化),较初始S-N曲线向上偏移,基于修正后构件S-N曲线并应用线性疲劳损伤累积理论预估的转向节疲劳寿命较Miner准则提高了40.6%。此种方法考虑了材料强化行为的影响,一定程度上弥补了Miner理论未考虑各级载荷间相互影响和材料硬化瞬态行为影响的缺陷,对实际零部件疲劳寿命估计与轻量化设计提供新的参考。