公路橋梁車輛荷載及可靠度研究.pdf

1、車輛荷載作為公路橋梁的基本可變荷載,在公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用。公路橋梁上車輛荷載的一個(gè)重要特點(diǎn)是,車輛種類繁多,在各車道上的位置不確定,使得車輛荷載效應(yīng)呈現(xiàn)非常大的隨機(jī)性,因此,必須采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析和研究。我國(guó)現(xiàn)行公路橋梁荷載規(guī)范的車輛荷載是根據(jù)上世紀(jì)90年代初的實(shí)測(cè)結(jié)果,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定的;近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路交通流特性發(fā)生了顯著變化,特別是因超載現(xiàn)象頻現(xiàn)、橋梁垮塌事件頻繁發(fā)生,引起人們對(duì)現(xiàn)行規(guī)范車輛荷

2、載標(biāo)準(zhǔn)適用性的關(guān)注。另外,我國(guó)公路橋梁結(jié)構(gòu)自上世紀(jì)90年代開(kāi)始采用了基于可靠度的設(shè)計(jì)方法,使得橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性得到很大提高,但在很多方面還不是很完善。為此,本文從公路橋梁車輛荷載概率模型、荷載分項(xiàng)系數(shù)、多車道荷載橫向折減系數(shù)及中小跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁可靠性評(píng)估和大跨徑橋梁可靠度分析等方面進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于我國(guó)23個(gè)省區(qū)69個(gè)路段的所有實(shí)測(cè)車輛荷載數(shù)據(jù),分別對(duì)非治超、計(jì)重收費(fèi)和治超地區(qū)快車道、中間車道和慢車道

3、的車輛組成類型、車輛總重、車輛到達(dá)時(shí)間、車輛軸間距及軸重比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立了符合我國(guó)現(xiàn)狀的車輛荷載概率分布模型。
　　(2)針對(duì)不同跨徑橋梁對(duì)車輛荷載變化敏感性不同的特點(diǎn),基于本文提出的車輛荷載概率模型,將產(chǎn)生的隨機(jī)車流施加于單車道預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁板橋上,計(jì)算主梁的彎矩和剪力,按照相同超越概率的原則,分析得到橋梁車輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值的跨徑影響系數(shù)。研究表明,在不同跨徑橋梁結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)一致的前提下,橋梁跨徑越小,要求的分項(xiàng)系數(shù)越

4、大;在此基礎(chǔ)上提出考慮橋梁跨徑的車輛荷載分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算公式。
　　(3)由于多車道橋梁上同時(shí)布滿車輛及同時(shí)出現(xiàn)較多重車的可能性很小,為使不同數(shù)量車道橋梁的可靠度取得一致,設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)規(guī)范中的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行折減。利用本文提出的車輛荷載概率模型產(chǎn)生隨機(jī)車流,并加載在多車道預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁板橋結(jié)構(gòu)上,計(jì)算同一保證率下不同車道T梁橋縱梁的荷載效應(yīng),得到多車道橫向折減系數(shù),即二、三、四和五車道T梁橋的多車道荷載橫向折減系數(shù)分別為1.0

5、0、0.75、0.65和0.55。分析表明,按本文方法得到的多車道荷載橫向折減系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),多車道橋梁構(gòu)件的可靠指標(biāo)是一致的。
　　(4)基于本文提出的車輛荷載概率模型,計(jì)算了中華人民共和國(guó)交通部《橋梁上部結(jié)構(gòu)通用圖》中預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋和T梁橋的車輛荷載效應(yīng),給出車輛荷載效應(yīng)的截口概率分布和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值的概率分布,在此基礎(chǔ)上對(duì)非治超地區(qū)、計(jì)重收費(fèi)地區(qū)和治超地區(qū)橋梁的可靠度進(jìn)行了分析。分析表明,在當(dāng)前車輛荷載下,按《橋

6、梁上部結(jié)構(gòu)通用圖》設(shè)計(jì)的橋梁上部結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪可靠指標(biāo)均不滿足《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50283-1999)規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)要求,其中非治超地區(qū)可靠指標(biāo)最小,治超地區(qū)最大,計(jì)重收費(fèi)地區(qū)介于兩者之間。
　　(5)基于本文提出的車輛荷載概率模型,以某鋼桁架橋梁為分析對(duì)象,計(jì)算了鋼桁架橋梁桿件的應(yīng)力歷程;基于雨流計(jì)數(shù)法和線性損傷累計(jì)準(zhǔn)則,得到桁架桿件細(xì)節(jié)的疲勞應(yīng)力譜和概率模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)當(dāng)前荷載下鋼桁架桿件細(xì)節(jié)進(jìn)

7、行疲勞可靠度分析。結(jié)果表明,疲勞應(yīng)力譜可用指數(shù)分布描述;車輛荷載作用下所分析鋼桁架桿件細(xì)節(jié)的疲勞可靠指標(biāo)為3.612～7.789。
　　(6)基于本文提出的車輛荷載概率模型,以蘇通大橋?yàn)榉治鰧?duì)象,建立了大跨度斜拉橋拉索索應(yīng)力的概率模型;基于隨機(jī)過(guò)程的跨閾理論,得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)車輛荷載效應(yīng)最大值的概率模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)斜拉橋拉索的可靠度進(jìn)行分析。分析表明,大跨度斜拉索的索應(yīng)力可用高斯隨機(jī)過(guò)程描述;車輛荷載作用下蘇通大橋斜拉索的可靠指