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。     

随机车流作用下拱桥吊杆疲劳性能研究

为研究吊杆的疲劳性能,以某拱桥为工程背景,在MATLAB中使用蒙特卡洛抽样建立考虑车型、车道、车距、车速、车重5种参数的随机车流模型,使用ANSYS求解吊杆在随机车流荷载作用下的应力时程,评估吊杆的疲劳损伤和寿命。结果表明,跨中长吊杆和拱脚附近的短吊杆疲劳损伤值高于其他吊杆;车流密度越大,吊杆疲劳损伤值越大,个别吊杆的不同车流密度下疲劳损伤值可相差20倍;车流密度对吊杆疲劳寿命影响很大,尽可能使用长时间的实测车流数据才能得到满意的预测结果。     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

基于随机车流的等效疲劳车荷载研究

以云南金安金沙江大桥为工程背景,基于该大桥交通量预测数据,利用蒙特卡洛法编制Matlab程序,计算得到云南金安金沙江大桥的随机车流。根据随机车流组成的疲劳荷载谱,得到适用于云南金安金沙江大桥的标准疲劳车辆荷载模型。研究结果表明,基于随机车流得到的等效疲劳车车重为526kN,高于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中提供的标准疲劳车车重,适应该大桥交通量大、重载车比例高的特点。研究成果不仅可为该桥梁正交异性钢桥面板的疲劳试验提供理论支撑,并可为该地区公路桥梁的疲劳荷载谱编制以及桥梁耐久性评估提供依据。     

斜拉索车致荷载效应极值计算方法研究北大核心

为计算斜拉索在未来服役期的车致荷载效应极值,基于经典Rice公式理论,提出斜拉索车致荷载效应极值计算方法。该方法首先采用蒙特卡罗随机抽样法生成过桥车流荷载;然后利用影响线加载的方法求解斜拉索的车致荷载效应应力时程,并拟合Rice公式的最优参数;最后对斜拉索的车致荷载效应极值进行计算。采用该方法对杭瑞高速鄱阳湖二桥斜拉索车致荷载效应极值进行分析,结果表明:斜拉索车致应力受车流状态的影响较大,其随车流密度的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致应力年跨阈率的拟合效果较好,提出的斜拉索车致荷载效应极值计算方法应用方便;斜拉索车致应力极值随重现期和交通量增长率的增加而增大,且密集车流对斜拉索车致应力极值的影响较大;在目前的随机车流荷载作用下,斜拉索失效概率较小,最长的Z18号斜拉索在设计使用年限20年内的应力极值为51.69 MPa,失效概率为4.6×10^(-3)。     

公路桥梁随机车流模拟研究

公路桥梁车流具有很强的随机性,从公路桥梁随机车流的基本统计方法及参数分析入手,对常见车型进行了分类,分析了随机车流参数的随机分布特性,结合Matlab程序,编制了随机车流模型生成程序,通过对某大跨度公路桥梁实际车辆流量进行的统计及分析,得出了随机车流的随机函数的统计参数,建立了随机车流参数数据库,并以此为基础,模拟生成了公路桥梁随机车流模型.     

随机车流-桥梁系统耦合振动精细化分析与动态可视化

针对目前公路车-桥耦合分析系统功能的不足,建立了随机车流-桥梁耦合振动精细化分析框架,该分析框架尽可能考虑了桥梁上通行车辆荷载的随机特性。采用交通信息采集系统和动态称重设备对交通荷载数据进行系统全面的观测,记录每辆经过观测断面车辆的到达时间、横向行驶位置、车速、车型和质量,在此基础上形成可以重现真实交通场景的随机车流;针对单主梁和梁格法桥梁分析模型,开发一个包含典型车型库,可以考虑桥面空间路面粗糙度,具有单向及双向多车道设置功能,车型、车辆悬挂系统、车辆质量、横向行驶位置、车速、障碍物位置和尺寸等参数随机功能的分析系统,并基于OpenGL技术着重开发了随机车流过桥动态可视化功能;最后,分别以1个单主梁和多主梁桥梁为工程实例,采用典型路段观测到的实际交通荷载研究了随机车流荷载对桥梁结构的影响。结果表明:所建立的随机车流-桥梁耦合振动分析系统具有明显的优越性。     

精细微观车流-桥梁耦合系统构建及伸缩缝纵向变形分析

大跨桥梁上的车流重力动态分布和作用在变形主梁上的时变纵向力,决定梁端伸缩缝纵向变形,实现伸缩缝纵向变形分析,车-桥耦合系统是核心,实现车流重力分布和纵向力计算加载的车流微观行驶行为仿真及力学化的理论方法是关键.首先,从元胞尺寸和行驶规则2个角度对仿真方法进行精细:把实测车型典型轴距对标当前市场车型,确定各车型车辆前、后...     

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。     

中小跨径桥梁装配式模块墩柱力学性能研究

G3京台高速方兴大道至马堰改扩建项目提出的一种装配式、模块化桥墩的概念,对其静力、稳定、正常使用等力学性能开展了理论分析、有限元计算与试验研究。研究结果表明:墩柱在制动力及轴力影响下产生一定的非线性效应,按照Nu-Mu曲线方法可对抗力进行检验;法兰盘在压弯作用下的应力强度满足规范要求;结构具有较高的稳定性,法兰盘对屈曲荷载系数影响较小;墩柱全截面受压,未产生拉应力,抗裂性满足要求,法兰盘不会产生脱空现象;采用足尺模型试验验证结构静力与稳定性能较好,符合计算假定。     

桥面铺装对中小跨径桥梁力学性能影响研究

为分析桥面铺装对中小跨径桥梁受力的影响,以空心板桥为例,通过足尺构件破坏试验,分析铺装层对主梁裂缝、变形和承载力的影响,结合整桥的荷载试验,建立3种分析模型与测试结果进行比较,并探讨了铺装层厚度对整桥受力性能的影响。结果表明,加载过程中桥面铺装与主梁共同受力性能良好,达到极限状态时,铺装层与主梁结合面无水平裂缝出现,桥面铺装能显著提高主梁的抗裂性能和极限承载力;车辆荷载作用下铺装层能够参与整桥受力,随着铺装层厚度加大,梁底拉应力先减小后增大。建议中小跨径桥梁设计和评估时,应适当考虑铺装层对主梁力学性能的贡献。     

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。     

扩建桥梁车辆荷载特性及多车道荷载模型研究

基于茂湛高速公路等4个典型路段车辆数据,研究了广东省高速公路改扩建桥梁车辆荷载特性及多车道荷载模型.利用典型路段计重收费数据,研究其交通分布规律、车辆荷载分布特性;基于佛开高速公路实测动态称重数据,根据其交通流分布规律模拟了多车道随机车流;建立了广东省高速公路改扩建桥梁多车道荷载效应计算模型.研究表明:广东省典型高速公...     

重载交通路段桥梁荷载效应的分析与研究

利用山西省多条重载交通道路实际交通状况现场调查结果,分析确定其车辆荷载分布的类型和统计参数。并以此为依据,采用蒙特卡洛方法模拟实际车辆荷载流,对不同跨径、不同结构形式的桥梁计算其荷载效应,确定出任意时点的荷载效应分布函数。从而得出设计基准期内车辆荷载效应的分布类型及统计参数,并与现行规范进行对比分析,总结出重载交通条件下车辆荷载标准。     

公路桥梁随机车流的平稳性和各态历经性检验

根据6条公路桥梁28条车道上的WIM系统实测车辆信息,分别生成了各车道上的随机车流类型过程.用随机过程理论分别计算得到各随机车流类型过程的集合均值、集合相关函数、时间均值、时间相关函数等随机特性参数.进一步对比分析,验证了所建立的随机车流类型过程的平稳性和各态历经性.结果表明:从实际公路上调查一定数量的车辆,其统计特性能够代表总体样本的车流信息,对车辆各种特征的统计结果具有代表性,可为公路桥梁随机车辆荷载模型的建立提供参考.     

基于风致静动力稳定性的超大跨径桥梁主梁比选研究

为寻求适用于超大跨度桥梁的具有更优气动特性的主梁断面,推动我国超大跨桥梁建设的发展,针对超大跨度桥梁原型设计中提出的5种主梁断面形式,采用CFD数值模拟方法计算得到了各断面的静力和动力气动参数,并进一步计算了对应5种主梁断面桥梁的静风失稳临界风速及颤振临界风速,对比了各断面的静动力稳定性能.结果表明,分离双箱主梁和分离3箱主梁的气动性能优于其他类型主梁断面;单箱主梁和双箱主梁气动特性目前已得到较大程度的优化,3箱主梁气动特性应具有较大的优化空间,椭圆形主梁及重力式主梁气动性能较差,优化价值有限.     

基于应变能量函数的桥梁损伤识别方法

为了解决传统损伤识别方法在桥梁健康监测方面的不足,借助频响函数法损伤识别的理论基础,建立应变监测数据功率谱密度函数与桥上通行荷载集群的对应关系,进而提出应变能量函数的概念,并提出了应用应变能量函数进行结构损伤识别的理论方法.在大量分析车辆荷载作用下桥梁结构应变响应监测数据的基础上,结合桥梁结构振动理论、信号处理技术以及...     

计入动力风荷载的船舶撞击桥梁动力响应研究

针对大风天气条件下船撞力与动力风荷载的耦合作用问题,基于船桥耦合分析算法编制了计算程序,并提出基于接触碰撞分析的船头刚度模型的确定方法,最后对一座连续刚构在船舶撞击力和风荷载的耦合作用下的桥梁响应进行了计算分析.结果表明,该船头刚度模型能较好地模拟船舶撞击力和桥梁结构响应;在不同的风荷载作用下,船撞力并没有显著改变,但桥梁位移和内力响应在不同风荷载作用下有增加的趋势,通过与无风工况的对比,墩顶位移增加最大比例为69.8％,墩顶弯矩增加最大比例为62.1％;而剪力受影响较小,墩底剪力增加最大比例为6.6％.当桥区风荷载作用较大时,有必要计入风荷载作用的影响.     

公路运营车辆荷载极值的预测方法比较研究

为了研究桥梁结构在服役期间要承受的最大车辆荷载的预测方法,根据广东某高速公路3万多组货车的动态称重数据,采用对数正态分布模型,基于极值理论的POT模型和次序统计量模型,拟合运营车辆荷载的尾部分布,据此模型来预测未来两年可能出现的车辆荷载极值,并与相应实测数据进行对比验证,结果 POT模型和对数正态分布的预测值与实测数据相近,但由于对数正态分布存在理论缺陷,最终得出了POT模型更适用于车辆荷载极值预测分析的结论。