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中国公路学报 2020年第5期33卷 101-109页

作者：周军勇石雪飞广州大学土木工程学院广东广州51000 同济大学土木工程学院上海200092

为考虑车道荷载差异对多车道桥梁横向折减系数的影响,提出横向折减系数的多系数表达模式,并改进基于独立重复试验的相遇车道荷载方法以进行系数校核。首先,引入反映车道荷载差异性的车道修正系数和体现多车道荷载相遇概率的车道组合系数... 详细信息

为考虑车道荷载差异对多车道桥梁横向折减系数的影响,提出横向折减系数的多系数表达模式,并改进基于独立重复试验的相遇车道荷载方法以进行系数校核。首先,引入反映车道荷载差异性的车道修正系数和体现多车道荷载相遇概率的车道组合系数,形成横向折减系数的多系数表达模式。其次,改进目前常用的基于独立重复试验的相遇车道荷载方法,将车道交通流量及荷载分布的差异性涵盖进来。随后,参数化研究横向折减系数的关键影响参量,包括货车通过控制断面的平均时间、荷载重现期、车道交通量和车道荷载分布等。最后,基于某高速公路实测动态称重数据,给出采用该方法校核横向折减系数的详细过程,并与传统方法及JTG D60—2015规范方法所得结果进行对比。研究表明:所提出的改进相遇车道荷载方法,摈弃了传统方法中车重正态分布、车道荷载同分布、最大观测车重与均值3.5倍偏差关系等备受质疑的假设,是更一般性的解答。参数化分析表明:货车通过控制断面的平均时间和荷载重现期对结果影响很小,货车荷载模型及其在车道间差异性则影响很显著,说明对车道荷载分布规律进行准确建模的重要性。实测车道货车荷载数据统计发现:货车的交通量和荷载分布在车道之间具有明显的差异,传统方法和规范方法给出的横向折减系数均高估了实际情况,最大达19%,可能造成设计与管养资源的浪费;而基于该方法校核的横向折减系数,更能深入揭示各车道荷载的贡献规律,准确反映不同车道组合作用下的荷载横向折减规律,具有显著的工程应用价值。

关键词：桥梁工程横向折减系数概率可靠度理论车道荷载差异相遇事件

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公路桥梁分车道荷载差异及其对结构性能的影响研究

公路桥梁分车道荷载差异及其对结构性能的影响研究

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作者：刘圆圆广州大学

学位级别：硕士

车辆荷载是桥梁结构的主要可变荷载,其高度的时间变异性和空间随机性,对桥梁结构安全与使用寿命是非常重要的风险源。近三十年,我国交通运输产业呈现爆发式增长,规范体系的荷载模型通常应用到特定地点的桥梁结构性能评估,往往呈现较大... 详细信息

车辆荷载是桥梁结构的主要可变荷载,其高度的时间变异性和空间随机性,对桥梁结构安全与使用寿命是非常重要的风险源。近三十年,我国交通运输产业呈现爆发式增长,规范体系的荷载模型通常应用到特定地点的桥梁结构性能评估,往往呈现较大的估计偏差,需要从实际车流荷载特性出发建立精细化的评估及设计用汽车荷载模型。多车道道路车辆运行的重要特性是按车型分车道行驶,这使得车道荷载会存在显著差异性,而这一特性未在现有规范体系中体现,可能引起桥梁车辆荷载效应分析的偏差。本文从公路桥梁多车道荷载特性、多梁结构在多车道荷载下的性能及整体式箱梁结构在多车道荷载下的性能等方面进行了研究。主要研究内容及成果包括:（1）以我国单向两车道,三车道和四车道高速公路的动态称重数据为基础,从车道选择行为,车流量、荷载和车重相关性的角度详细介绍了多车道货车的特性。研究结果表明,对于所研究的多车道动态称重（Weigh-in-motion,WIM）数据,货车流量和货车重量的车道差异性很大,特别当行车道数量较大时,该差异十分显著。重型货车基本上在高速公路的外侧两个行车道中行驶,造成内外车道荷载不一致。在5s的累积时间间隔内,连续货车的重量自相关系数超过9%,表明货车倾向于以较小但不可忽视的概率成排行驶。（2）基于多车道荷载特性,采用不同跨径的两车道、三车道及四车道的板梁、T形梁和箱梁等典型多梁混凝土桥梁进行分析,计算多车道货车载荷下的极限载荷和等效载荷效应,以评估多梁桥的承载力和疲劳性能。研究结果表明,同一座桥中每个主梁的交通荷载效应和可靠性指标存在很大差异,并且当行车道数量增加,跨径减小或横向联系较弱时,差异更为显著。这种差异里面,通常慢车道上的桥梁构件其荷载响应相对快车道上的构件更大,且安全与疲劳可靠度水平更低。需要强调的是,在多梁桥的设计或评估中应考虑各个梁的性能差异,以使每个主梁构件在实际的多车道货车荷载下都能达到所需的统一目标可靠性。（3）以整体式箱梁桥为例,建立同时考虑多车道交通荷载增长和结构抗力退化的概率可靠度评估框架。该框架的核心是依据桥梁检测数据更新有限元模型,建立交通量增长模型和抗力退化时变模型。通过某一工程案例,详细说明了该评估框架的实施过程与效果。研究结果表明,根据现有掌握的桥梁运营荷载信息及结构性能退化情况,在基准期内,桥梁跨中截面和支座处截面可靠度指标随着服役年限增加而逐年降低,但仍具有足够的安全储备,不需要对其进行加固等措施。

关键词：多车道桥梁车道荷载差异多梁式桥梁构件性能交通量增长材料性能退化车流模拟概率可靠性评估

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扩建桥梁车辆荷载特性及多车道荷载模型研究

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公路 2021年第6期66卷 176-183页

作者：陈达章石雪飞广东省高速公路有限公司广州市510000 同济大学上海市200092

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... 详细信息

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:广东省典型高速公路车辆荷载具有明显时变特性且各车型占比不同,外侧车道货车流量显著大于内侧车道;提出了广东省改扩建中小跨径桥梁(l车道荷载模型的统一形式:基于影响线同号区域加载"均布线荷载qk=13.0kN/m+集中荷载Pk=360kN"的荷载形式,且多车道横向折减系数宜取为1.00(单车道)、0.87(双车道)、0.80(三车道)、0.75(四车道)。

关键词：桥梁工程车辆荷载特性车道荷载差异横向折减系数车辆荷载模型

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随机车流荷载作用下桥梁多车道疲劳车辆荷载模型及结构疲劳寿命评估

随机车流荷载作用下桥梁多车道疲劳车辆荷载模型及结构疲劳寿命评...

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作者：胡翠敏广州大学

学位级别：硕士

疲劳是桥梁的一种关键损伤机制,车辆荷载是运营桥梁最主要的外部疲劳荷载,规范以及大量研究主要通过疲劳荷载模型来表征运营车流荷载作用下桥梁受到的疲劳损伤,但是车辆分车道行驶引起的车道荷载显著差异这一问题并未受到关注。此外,目... 详细信息

疲劳是桥梁的一种关键损伤机制,车辆荷载是运营桥梁最主要的外部疲劳荷载,规范以及大量研究主要通过疲劳荷载模型来表征运营车流荷载作用下桥梁受到的疲劳损伤,但是车辆分车道行驶引起的车道荷载显著差异这一问题并未受到关注。此外,目前针对实际车辆荷载长期循环作用下的桥梁损伤累积评估主要采用S-N曲线方法,无法回答桥梁构造细节的疲劳损伤随时间演化特点以及需要如何制定管养对策,需要探索采用断裂力学的疲劳损伤分析方法进行研究。因此,本研究考虑随机车流下的多车道荷载的差异车道分布特性,建立多车道疲劳荷载模型,并使用基于断裂力学的疲劳损伤分析方法评估随机车流荷载作用下桥梁构件的疲劳性能。主要研究内容及成果包含:（1）归纳并推导了基于S-N曲线及断裂力学的疲劳评估方法。首先,系统梳理不同国家规范基于S-N曲线的疲劳评估方法,并比较在同一疲劳细节处不同国家规范以及实际WIM数据的疲劳评估结果;其后,基于断裂力学理论的不同思路分为循环周期方法和时间尺度方法,根据两种方法的理论推导思路开发数值程序,将数值程序预测结果与既有文献算例结果进行比对,以证明数值程序的有效性与准确性。结果表明,不同国家规范对不同细节类别的疲劳强度规定数值不同,对同一疲劳细节处的评估结果存在显著差异性,然而与实际车流的疲劳评估结果比较得出基于规范的结果偏于保守,并且没有考虑车道差异带来的影响。此外,基于断裂力学两种方法预测不同材料下的裂纹增长变化与文献数据进行对比表明,通过自编程序预测结果与文献结果具有非常好的一致性。（2）建立了考虑车道荷载差异性的桥梁多车道疲劳荷载模型。以多组动态称重数据为基础,分析了WIM数据加载下的多车道荷载差异性;并根据多车道荷载差异化分布特征建立由多车道系数和标准疲劳车组成的多车道疲劳荷载模型;最后分别将推荐疲劳荷载模型、中国规范的疲劳荷载模型Ⅱ以及实际车流荷载数据分别加载于同一桥梁工程案例中对比分析模型在多车道不均匀荷载下的桥梁评估结果。结果表明,基于推荐疲劳荷载模型更能显示出车道的荷载差异性,并与实际车流数据的计算结果保持一致,而规范模型偏于保守。（3）基于断裂力学理论分别建立循环周期和时间尺度方法在随机车流荷载作用下的桥梁疲劳评估体系,建立的疲劳评估体系依据参数是否明确包括疲劳寿命评估框架和疲劳可靠性评估框架,并与S-N曲线方法的评估结果比较。以裂纹长度变化的预测结果表明,基于循环周期方法的和时间尺度方法对疲劳裂纹尺寸的预测差距显著,时间尺度方法的裂纹扩展速率和可靠度水平均低于循环周期方法结果,但裂纹沿着时间的变化趋势均相同,即裂纹长度变化曲线呈非线性增加的趋势,同时不同梁构件的裂纹尺寸存在显著的分布差异性。此外,基于S-N曲线方法以及断裂力学方法计算随机车流荷载作用下桥梁各梁构件的疲劳寿命得到外侧慢车道下的梁构件使用100年后已超过临界裂纹尺寸10mm,此时结构已受到破坏,需要对其进行及时的维修加固。

关键词：车道荷载差异疲劳荷载模型 S-N曲线断裂力学理论疲劳寿命评估

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