公路桥梁活载模式研究

对现行中国、美国、英国、加拿大、欧洲公路桥梁规范中的汽车荷载标准进行分析研究。结合不同跨径的连续梁,通过建立有限元模型,对各规范汽车荷载产生的内力响应进行计算分析,并将汽车荷载效应与恒载效应进行组合,得出各种荷载效应的比例系数。计算结果显示:各公路桥梁规范的汽车荷载在取值、布置形式以及计算系数等方面均存在较大的差异,在所研究的连续梁跨度范围内,英国BS 5400规范的活载效应值最大,但是组合后的总效应各规范基本处于同一水平。     

超重车辆对公路桥梁安全性的影响

根据结构可靠度理论,深入研究了公路超重运输车辆对钢筋混凝土受弯构件安全性的影响规律。首先,以恒载和汽车荷载作为安全性分析的最基本荷载组合,通过引入汽车活载影响系数,构造考虑不同汽车超重水平因素的结构功能函数,提出了基于一次二阶矩法的超载桥梁安全性分析数学模型。进而,以85桥梁规范和04桥梁规范钢筋混凝土受弯构件承载能力极限状态设计表达式为依据,按《公路工程可靠度设计统一标准》建议的抗力与荷载效应统计参数,详细计算了不同活载影响系数对钢筋混凝土受弯构件可靠指标的影响规律。计算结果表明,超重运输对钢筋混凝土受弯构件可靠指标有显著的影响,在活载影响系数取值一定的情况下,设计采用的汽车荷载效应与恒载效应所占比值越大,超载对桥梁结构安全性的影响越明显。     

中美欧公路桥梁设计规范汽车荷载及作用效应对比研究

为响应我国一带一路倡议,拓展海外桥梁市场,为我国设计人员提供海外桥梁设计建议,对中美欧公路桥梁设计规范中所规定的极限状态、设计状况、汽车荷载模型、冲击系数及荷载横向分布系数计算方法进行了对比分析,并主要对汽车荷载效应及作用效应组合进行了分析计算。结果表明:对于极限状态与设计状况的分类,现行中国桥规与欧洲桥规较为类似,美国桥规对极限状态的划分与中欧桥规差异较大,且并未对设计状况进行分类;汽车荷载模式方面,中美欧公路桥梁规范的相关规定均有所差异,但都以"均布荷载+集中荷载"的模式为基础,欧洲桥规所规定的汽车荷载模型中的均布荷载集度较中国桥规与美国桥规偏大;荷载横向分布系数方面,中国桥规与欧洲桥规并未明确给出其计算方法,美国桥规则针对不同截面类型给出了相应的荷载横向分布系数计算公式。最后计算了主梁在恒载及汽车荷载下的作用效应。对于中小跨径桥梁,就汽车荷载效应及其承载能力极限状态下的效应组合而言,在多数情况下根据欧洲公路桥梁规范计算所得的作用效应较大,根据美国桥规与现行中国桥规计算所得的结果居中,根据旧版中国桥规计算所得的作用效应最小。     

公路桥梁地震设计状况荷载组合分项系数研究

为了在保障桥梁目标可靠度指标的前提下,确定最优的地震设计状况荷载组合分项系数,使桥梁结构以最为经济的抗力方式抵御外加荷载,从而对现行的桥梁设计规范地震设计状况进行优化,为今后公路桥梁地震设计状况荷载组合计算提供理论依据和指导意见,以2座连续刚构桥为依托工程,建立空间动力有限元模型,采用Monte-Carlo法并基于动态称重（WIM）系统模拟随机车流,进行了数条地震波增量动力分析（IDA）;采用Ferry Borges荷载组合理论求解地震设计状况组合效应分布,依据直接积分法求解桥梁结构的失效概率,从而确定荷载效应分项系数与可靠度指标影响面关系。研究结果表明：荷载效应分项系数的取值与目标可靠度指标的选取息息相关,忽略汽车荷载的地震设计状况风险分析,将严重低估桥梁结构的实际失效概率。为指导高烈度区连续刚构桥的地震设计状况设计,对于E2工况下的地震动输入,地震作用重要性系数λ₁取1.0,桥梁结构跨径对汽车荷载效应分项系数取值产生较大的影响,故选取β_s=3.1~3.4作为Ⅷ度区连续刚构桥地震设计状况设计时目标可靠度指标建议值,汽车荷载分项系数Ψ_Q的建议取值为0.76;地震基本烈度对汽车荷载分项系数存在一定的影响,在同样的目标可靠度指标建议值下,对于Ⅶ度区地震设计状况,汽车荷载分项系数Ψ_Q的建议取值为0.652。     

多车道桥梁汽车荷载横向折减系数研究

国内外现行桥梁设计规范均对8车道以内的车辆荷载横向折减系数有所规定,对于大于8车道的横向折减系数需要进行专门研究。通过比较各国桥梁设计标准中汽车荷载多车道横向折减系数,进而通过概率理论分析求解多车道汽车荷载的横向折减规律,最后基于实测的交通汽车荷载数据,在选取的多跨连续梁桥上进行不同控制截面控制内力效应的横向折减系数计算。研究表明,目前国内现行规范规定的横向折减系数处于各国规范的平均水平,基于全国车流量统计数据对多车道横向折减系数进行理论分析的结果与现行规范基本一致,随着车流量的增加有增大的趋势,此外,基于实测车流量算得的不同跨度的桥梁控制截面内力效应对应的横向折减系数也有所差别。     

汽车荷载分项系数对桥梁构件可靠度的影响及修正

为了明确汽车荷载分项系数变化对桥梁构件可靠度水平的影响规律,利用校准法对受拉、受弯、大偏心受压(短柱)、轴心受压(短柱)、受剪共5类受力构件,选取0.1,0.25,0.5,1,1.5,2.5六种活恒载效应比,进行了不同汽车荷载分项系数条件下构件的可靠度分析。对于可靠度指标分布不均匀的状况,提出了可靠度修正系数的概念并进行了验证计算,对不同类型构件按照活恒载效应比给出了可靠度修正系数的计算结果。结果表明:汽车荷载分项系数由1.4递增至2.4时,各类构件可靠指标均呈增大趋势;活恒载效应比小于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大0.1~0.3,活恒载效应比大于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大约0.4;活恒载效应比大的构件可靠指标值偏高,且该类构件可靠指标受汽车荷载分项系数的影响也较大;所提出的可靠度修正系数能够调整抗力值以达到目标可靠指标的要求,该系数分布于0.4~1.1之间,各类型构件可靠度修正系数分布规律一致,均随活恒载效应比及汽车荷载分项系数的增大而减小。     

南非规范与中国规范中汽车荷载对比研究

为给我国涉外桥梁工程项目设计提供参考,对我国与南非桥梁设计规范中汽车荷载效应进行对比研究。采用铰接板梁法和刚接梁法,计算常用跨径的单片简支梁在南非与中国规范汽车活载作用下的横向分布系数。在此基础上,通过对简支梁及整体式连续梁的纵向影响线加载,分析2种规范中考虑汽车活载纵、横向分布后的差异。对比发现,对于常用中小跨径的简支、连续梁,南非规范汽车活载效应均高出中国规范30%以上;对于简支T梁跨中截面及连续梁支点截面,南非规范汽车活载效应高出中国规范35%~80%。即便考虑到两国规范中汽车冲击效应计入方式的不同,南非规范汽车活载也大于中国规范规定值。     

新建公路桥梁上跨高速铁路汽车荷载研究

对我国现行公路、城市桥梁规范及美国、英国桥梁规范中汽车荷载效应的对比分析,结合我国常见的超载现象及治超政策规定,确定了新建公路上跨高速铁路桥梁的汽车荷载标准,并进行了经济技术分析,完善了高速铁路技术标准.     

从京藏高速公路货车大拥堵看我国公路桥梁结构的整体安全

针对目前京藏高速公路日趋严重的拥堵现象,从公路桥梁结构的安全出发,分析了现行规范中汽车荷载效应的计算,为了解货车拥堵对公路桥梁结构安全的影响,将现行规范中的车辆荷载组成一个纵横向车队模拟实际拥堵货车车队,置于结构之上计算其产生的效应,并将该效应与规范计算的汽车荷载效应进行了比较。结果表明,中等跨径桥梁的拥堵货车车队产生的实际效应超过了按规范规定计算的汽车荷载效应,多车道桥梁因规范规定的横向折减较多,满布重载车队产生的效应超出更多,并针对这一问题提出了相关建议。     

高速公路中小跨径桥梁汽车荷载适应性研究

基于某高速公路收费站汽车荷载数据,采用概率统计方法建立汽车总重概率模型,进而计算中小跨径桥梁汽车荷载效应,并与现行公路—Ⅰ级车道荷载效应对比,分析了公路—Ⅰ级车道荷载与实际高速公路汽车荷载的适应性。分析表明,高速公路实际通行汽车荷载与现行规范规定的公路-I级车道荷载适应性较好,可采用公路-Ⅰ级车道荷载对所研究高速公路中小跨径桥梁进行改扩建设计。     

极端荷载作用下公路桥梁荷载概率模型研究

我国桥梁设计规范中对极端荷载组合系数没有明确的规定,在以结构可靠度为基础的概率极限状态设计法中,由于公路桥梁各种作用比较多且大多随时间变化的范围比较大,各种作用的组合也比较复杂,所以必须选择合理的概率模型才能保证计算出真实合理的结构可靠度。通过查阅文献并结合WIM系统统计的车辆数据分析,建立了公路桥梁永久荷载及其效应概率分布模型;基于Matlab软件,在汽车车重总体服从多峰分布的基础上对实测数据进行训练拟合,建立了汽车荷载效应的概率模型并确定了汽车荷载分级加载方式,为公路桥梁可靠度研究和求解极端荷载组合系数奠定了基础。     

中英规范汽车荷载效应与桥梁跨径的比较分析

以非洲加纳共和国索芙兰立交枢纽工程为计算实例,对比分析了中国桥梁规范和英国桥梁规范中汽车荷载标准值效应与跨径的关系。研究发现,中英汽车荷载效应不同跨径对应的差别变化较大;英国规范HB荷载比我国车辆荷载取值灵活且大于我国车辆荷载;英国规范中当HA荷载与HB荷载进行组合加载时,总的荷载效应远大于我国车道荷载效应。     

中美桥梁设计规范的内力计算比较研究

现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)与美国桥梁结构规范(AASHTO LRFD)是不同的体系。着重介绍AASHTO LRFD的内力设计方法和计算公式,并对2套规范作一定量的比较分析研究。结果表明两者计算出的承载力基本相同,但受荷载、材料、横向分布系数、荷载效应分项系数及计算公式等影响,AASHTO LRFD计算得到的组合内力值偏大。     

新老规范设计汽车荷载效应对比

鉴于新老桥梁设计汽车荷载模型的不同和对桥梁限载取值的研究,系统对比了不同时期、不同荷载等级桥梁设计汽车荷载效应的差异程度。根据不同的设计汽车荷载模型,以跨径为6～30m的简支梁桥为计算对象,分别计算汽车-10级、汽车-15级、汽车-20级、汽车-超20级以及公路-I级和公路-Ⅱ级汽车荷载作用下的跨中弯矩和支点剪力。研究结果表明：对于跨径L在6～30m内的简支梁桥,新老规范设计汽车荷载作用下的跨中弯矩随跨径的变化趋势是相同的,然而两者支点剪力的变化趋势差异很大。计算跨径越小,新老规范设计汽车荷载作用下的内力效应差值越小,利用新规范对老规范设计的桥梁进行升级加固越有利。     

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

独柱墩梁桥抗倾覆稳定性验算汽车荷载研究

为了彻查广东省高速公路既有独柱墩梁桥抗倾覆稳定性问题,为新建独柱墩桥梁提供设计依据,对该类桥梁的抗倾覆稳定性验算汽车荷载进行研究。根据广东省交通集团货车调查分析成果,虎门二桥荷载统计报告,同济大学对上海市车辆荷载研究成果,得出广东省现状汽车荷载模式。通过实例有限元分析对比,得出《公路桥涵设计通用规范》(JTD D60-2015)中规定的汽车荷载在验算该类桥梁倾覆时,偏不安全,且随着联长的增长,安全度降低。发现该类桥梁的汽车荷载产生的倾覆效应与其荷载总量有近似比例关系,与其荷载模式关系不大,并提出以公路-1级汽车荷载乘以3.4倍的分项系数为验算汽车荷载。     

基于WIM实测数据的北京市松山大桥重载交通车辆荷载模型

利用WIM动态称重系统，得到北京市松山大桥实际通行车辆的车辆荷载特征参数，经统计分析得到特征值，对其概率密度函数进行了拟合，建立了适用于本地区的重载交通车辆荷载模型，并与河北省和福建省的重载交通车辆荷载模型进行了对比。在此基础上，采用有限元模拟方法对建立的重载交通车辆荷载模型与现行规范进行荷载效应对比，分析结果表明，采用规范中公路—Ⅱ级汽车荷载设计的桥梁存在安全隐患；公路—Ⅰ级汽车荷载取值总体较为保守，但对于大跨径桥梁仍有不足，需要结合实际情况需要进一步研究。重车荷载对桥梁支座处剪力的影响较为明显，在桥梁设计与维护时应重点考虑。本研究成果可为北京地区的公路桥梁设计和结构损伤检验提供参考和建议。     

BS5400公路桥梁汽车荷载研究

从荷载模式、加载模式等角度介绍了BS 5400:2-2006规定的公路汽车荷载与中国规范的公路-Ⅰ级荷载进行了荷载效应标准值的比较,并应用于乌干达KE高速公路项目2×35m跨径装配式预应力混凝土箱形连续梁桥,对比研究汽车荷载对桥梁极限承载能力设计值的影响,发现BS 5400的汽车荷载标准值远大于公路-Ⅰ级荷载,应用该荷载设计的桥梁极限承载能力大于应用公路-Ⅰ级设计的桥梁,约大25%~40%。该文研究成果可为采用英国规范设计的公路桥梁提供参考。     

基于可靠度的钢筋UHPC受弯梁材料分项系数研究

为确保规范的计算公式满足可靠度要求,对在编《公路桥涵超高性能混凝土应用规范》正截面抗弯承载力表达式中的UHPC材料分项系数进行分析与校准。基于现有文献,收集整理中国共648个UHPC抗压强度、210个抗拉强度和53根受弯梁的试验数据,得到相关变量的统计参数。随后建立4 158根UHPC受弯梁的计算空间,采用蒙特卡洛模拟对其进行可靠指标计算与敏感性分析,考察截面类型、材料强度、截面纵筋率及活恒载效应比等参数对钢筋UHPC受弯梁可靠指标的影响。基于分析,对计算空间进一步细分,以截面纵筋率为0.05、活恒载效应比为0.05~0.5的T形梁截面可靠指标均值达β_T=4.2为目标,校准钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数。研究结果表明：抗力统计参数中,UHPC抗压强度、抗拉强度以及梁抗弯承载力计算误差均不拒绝正态分布;受弯状态下UHPC梁截面可靠指标主要受活恒载效应比与截面纵筋率的影响,而材料强度影响较小;活恒载效应比越低,截面纵筋率越高,其可靠指标越低;当活恒载效应比从0.05升至1.0时,可靠指标提升幅度较大;且活恒载效应比大于0.5时,可靠指标均高于4.2。当截面纵筋率从0.005升至0.05时,可靠指标下降较为明显;而当截面纵筋率高于0.05后,可靠指标几乎保持不变;同等条件下,矩形截面梁的可靠指标要稍高于T形截面梁;建议钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数取值为1.3。     

中、英、美规范温度梯度效应的分析比较

根据中、英、美3国公路桥梁相关规范介绍的方法,对常见跨度的预应力混凝土桥梁的温度梯度效应及其在组合应力中的贡献进行分析与比较.通过对比,认为中国2004规范规定的温度梯度效应较大,而且在抗裂方面要求较严格,建议对我国已建桥梁结构由于温度梯度效应造成的病害进行调查、分析,更合理地确定其分项系数.