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。     

计重收费模式下运营车辆荷载的POT模型

当前我国高速公路车辆超载超限运营现象尤为严重,研究在计重收费模式下运营车辆荷载的极值以及其发展变化趋势成为十分迫切的问题。基于计重收费模式下广东省某高速公路的动态称重数据,对车辆荷载按车型进行了车辆总重的统计分析,采用极值分析理论建立POT模型,得出车辆总重分布的尾部分布函数,并科学地预测出未来任意重现期内可能出现的车辆荷载极值。结果表明,该高速路段出现超大吨位车辆并非偶然,在未来还可能出现更大吨位的车辆荷载,对既有道路桥梁的安全运营构成了严重的威胁。可为有效控制运营车辆超载提供参考。     

适用于重载交通的公路桥梁荷载标准研究

某一级公路具有明显的重载交通特征,在运营过程中也出现了严重的超载问题,为准确分析该一级公路上的汽车荷载,并确定其对该路上广泛使用的简支梁桥和连续梁桥的荷载作用,以WIM调查数据为基础并进行统计分析,利用蒙特卡洛方法随机数生成模拟自然车队的拟合荷载流.基于<公路工程结构可靠度设计统一标准>中计算荷载效应的可靠度理论,以拟合荷载流在产生的弯矩与公路Ⅰ级的弯矩效应比值为分析对象,确定了适应该一级公路重载交通荷载下计算桥梁结构内力的汽车荷载标准.针对该路重载交通的实际情况,给出了不同超载条件下适度提高汽车荷载等级的荷载放大系数.     

车辆荷载中车辆允许通过总重值的研究

本文通过对107国道实际运行线路车辆进行调查,统计分析了车辆的交通量、总重、轴荷分布及轴距等特征。以统计值为依据,选取两轴车进行研究,考虑两轴车以不同车间距组成的车队形式,根据其计算效应与公路设计荷载效应相等的原则,给出了两轴车总重的计算值,并通过比较跨中弯矩效应所得总重值与支座反力效应所得总重值,得出与支座反力效应相等时所得的车总重值为车辆允许通过总重值。同时,通过计算发现,同类型车辆以不同车间距组成的车队通过不同跨径的桥梁时,除个别区段外,车辆允许通过总重值随跨径的增大基本呈下降的趋势;对于同一桥梁跨径而言,该车队组合方式中车辆的允许通过总重值则随着车间距的增大,车辆总重呈逐渐增大的趋势。     

常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

基于平衡更新过程的既有桥梁车辆荷载效应模型

将不同车辆组成的车队等效成均布荷载,假定车辆匀速行驶于桥梁上,采用卷积公式计算不同车辆连续到达间距及总重的概率密度函数,应用平衡更新过程理论推导车队长度概率函数,依据中国现有车辆荷载统计数据,建立了既有公路桥梁车辆荷载效应模型。该模型通过截尾分布限定其中各参数的最大值、最小值来反映不同交通类型,通过影响线传递函数反映不同桥梁结构形式。研究结果表明：车辆间距、车长、车重及车速的分布是决定车辆荷载效应模型的关键;该模型适用于既有公路桥梁时变可靠性和剩余寿命评估。     

基于实测车流的中小跨径桥梁车载动力效应极值研究

为评估现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平,提出了车辆荷载冲击作用下桥梁效应极值外推方法。基于高速公路车辆动态称重数据,研究了简支T梁桥的车载动力效应极值,校验并评估了现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平。研究结果表明:基于实测数据的随机车流模型融入了车辆的概率信息,为桥梁车载动力效应极值的概率外推提供了有利条件;欧洲与英国规范的设计车辆荷载效应的重现期远大于美国和中国设计规范;随着桥梁跨度的增加,欧洲与美国荷载模型的重现期随着桥梁跨度的增加而减小,英国荷载模型随桥梁跨度的增加呈先增加后减小的趋势,中国荷载模型的重现期随桥梁跨度增加而增加。     

基于健康监测的大跨径桥梁车辆荷载效应分析

健康监测系统记录了大跨径桥梁在各类荷载作用下的响应特性,可以用于桥梁运营荷载的评定及结构性能评估。本文依托某斜拉桥健康监测位移数据,首先基于动力测试结果对桥梁有限元模型进行了修正,获得了规范车辆荷载作用下的位移响应,这是桥梁性能评估的基础参考;其次分别采用移动平均法和平滑窗口法分析了车辆荷载作用下的位移响应分量;最后,基于车辆荷载效应通过构建极值模型外推了不同评估周期内位移响应极值。研究表明该桥梁在超过10年评估周期就会出现外推位移极值超过规范计算水平,存在一定的风险,届时需要加强过桥车辆管理及桥梁状态监测。     

基于车辆WIM监测数据的大跨桥梁作用效应极值分析

在中国交通荷载急剧增长的现实情况下,重载交通下既有桥梁的结构安全问题日益突出。为了推测实际车流长期作用下的桥梁最大荷载效应,提出了基于随机车流的桥梁作用效应极值概率分析方法。首先,基于某高速公路车辆的动态称重数据建立了随机车流荷载模型,并提取了关键车队加载工况;其次,模拟了某悬索桥的车桥耦合振动效应的位移时程曲线,建立了最优的Rice界限跨阈率模型;最后,分析了交通量线性增长对桥梁极值的影响,校验了设计作用标准值。数值分析结果表明:Rice界限跨阈率模型可捕捉车辆荷载的动力效应,从而实现动力效应极值分析;当交通量的年线性增长率为4%时,桥梁位移极值增加约7.7%,极值增长速率逐步降低;在设计标准值的1950年重现期条件下,某悬索桥的位移极值上限为1.9 m,满足变形上限L/300的要求。     

登高平台消防车(101 m型)安全通过既有桥梁的研究

特殊车辆通过桥涵前需要进行桥梁安全性评估,依托重庆市采购的101 m型登高平台消防车,该车辆载重63 t,在明确车辆特性的基础上,研究了该消防车作用下主跨5~50 m范围内的简支梁梁桥、两跨连续梁桥和三跨连续梁桥控制断面内力响应,同时分析了该车辆对桥面板局部作用行为。研究表明消防车作用下单车道荷载效应显著大于规范值,最大达1.5倍;而两车道荷载效应约为规范计算值的0.8倍以下。说明该车辆应该严禁在单车道桥梁上运行,可根据桥梁特点选择在两车道或多车道桥梁上行走。     

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...     

Rice公式外推桥梁荷载效应

在当今,如何对桥梁进行合理评估已成为桥梁工作者的一个重要课题。而在桥梁评估过程中,科研工作者往往需要定量描述评估周期内某座桥梁的交通车辆荷载大小,一般用荷载效应描述。就此根据动态称重系统实测的107国道路段交通荷载数据产生的模拟车流对评估周期内荷载效应极值的计算方法进行了初步研究,以各种跨径简支梁为例,利用Rice外推理论外推各个观测周期的荷载效应极值,并以此作为建立评估荷载模型的基础。     

基于车-桥耦合振动理论的移动荷载识别

提出了基于有限元模型修正的单车通过多梁式桥梁的移动荷载识别方法.首先采用Butterworth低通滤波器对现场采集到的24 h内所有过桥车辆产生的桥梁动位移信号进行滤波处理,提取静力响应极值,并严格按照车型进行分类统计;其次,对观测桥梁进行基于静力试验的有限元模型修正,建立能够反映桥梁真实状态的基准有限元模型;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的BDANS软件中的多梁式车-桥耦合振动模块,以车型为单位,依据该车型车辆在桥面横向移动时各主梁竖向位移响应分配关系,结合多梁式车-桥耦合振动模块以及实测车辆过桥时各主梁静力极值响应,识别出车辆在桥面行驶的横向位置,然后根据识别出的车辆横向行驶位置和实测桥梁响应识别出车质量.结果表明:该识别方法较为可靠,识别精度较高,能按照车型批量进行识别,可大规模处理交通荷载数据.     

基于WIM的广东省公路桥梁车辆荷载模型研究

为研究适合于广东省实际的公路桥梁车辆荷载模型,选取该省5条具有代表性的高速公路,基于动态称重(WIM)系统实测的交通轴载数据,参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)的方法,拟定符合广东省实际交通状况的车辆荷载参数,获得相应车辆荷载模型,并采用推荐车辆荷载模型与规范荷载模型对不同结构形式的桥梁活载效应进行对比分析.分析结果表明,按照规范原则得到的广东省实测车辆荷载总重和轴重均大于规范给定值;各种结构桥梁在推荐的车辆荷载模型作用下的活荷载效应均为规范计算值的1.4倍左右,桥梁跨径越小,活载所占设计荷载的比例越大,规范对活载效应的低估越明显.     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(二)——计重收费地区和强制治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区的车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆的荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(一)——非治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

桥梁车辆荷载效应极值计算方法综述

车辆荷载作为影响桥梁正常运营的重要因素越来越受到关注。确定设计基准期内的车辆荷载效应极值可以对桥梁评估和可靠度分析提供依据。简要介绍桥梁车辆荷载效应极值计算理论的发展概况,并对国内外各种确定车辆荷载效应极值的方法进行了系统分析,同时对各种方法的特点和局限性进行了阐述。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。     

钢-混凝土组合梁斜拉桥梁结构的稳定性分析

采用有限元法建立钢-混凝土组合桥梁的结构模型,分析了不同典型施工阶段下桥梁主梁和腹板结构的受力特征,获得了桥梁整体失稳状态。并以桥梁局部失稳状态分析斜拉桥结构的稳定性特征,获得影响斜拉桥稳定性的各影响因素关系。研究结果表明:全桥一阶整体失稳态下的总体稳定系数为7. 7,大于一般计算稳定系数4. 0;桥梁施工状态下,主梁最大应力出现在成桥阶段1 000 d后,桥面板承受最大压应力出现在中跨合拢阶段,均满足规范。对于桥梁主梁腹板,在设计荷载组合作用下,主梁腹板加劲肋局部位置易发生屈曲变形。当轴力/弯矩小于0. 5时,首先在梁段产生横梁侧倾失稳,随着轴力/弯矩比值的增加,由横梁侧倾斜转化为主梁腹板或加劲肋的失稳。     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。