车辆荷载运营状态对预应力简支梁桥的疲劳性能影响研究

摘要

随着交通运输求的急剧扩增，为了追求利益和效率最大化，车辆运营状态呈现出车流量大、超速和超载超限严重等特征。服役期桥梁长期处于高频和高应力幅的交变荷载作用下，导致桥梁疲劳寿命急剧缩减。因此，车辆运营状态对桥梁的疲劳性能的影响的研究意义重大。本文基于有限元理论和实测交通统计数据，研究内容如下:
　　(1)总结了预应力混凝土结构的疲劳损伤理论。
　　(2)以实际车辆模型为研究对象，运用刚性梁学法，计算多轴车辆不同超载率下车辆轴荷的分配比例。在此基础上，通过有限元模型分析了5种代表性车辆在不同超载率下对预应力简支梁桥的疲劳损伤的影响。最后，推导多轴车辆超载率与简支梁桥的疲劳损伤倍数关系式。
　　(3)分析了多轴车辆行车车速、行车间距、连续车流和桥梁跨径等参数对预应力简支梁桥疲劳性能的影响。并提出了考虑多车同时上桥时，桥梁的疲劳累计损伤公式。车速对桥梁疲劳性能的影响源于车速对动力系数的改变。车速对桥梁结构的疲劳损伤影响不是呈线性增长的，在一定范围内出现峰值。其他条件相同的情况下，连续车流量越大，车流对桥梁造成的疲劳损伤值越小。桥梁跨径对疲劳损伤的影响，除了本身截面设计特征值以外，与车辆轴距分布密切相关。
　　(4)基于WIM（动态称重系统），统计得到了宜泸高速南溪路段交通量数据，分析了该路段车辆分布类型及比例、各车型的行车车速、实时交通流量、车辆总重以及各轴轴重。运用高斯混合模型描述各车辆类型的总重和轴重概率分布，并计算得出宜泸高速6种的标准疲劳车辆模型。在此基础上，对宜泸高速某预应力简支梁桥进行了疲劳寿命评估。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 立题背景与意义

1．2 车辆运营状态现状综述

1．2．1 车辆超载运营调查研究现状

1．2．2 疲劳模型车辆研究现状

1．3 预应力混凝土结构疲劳

1．3．1 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容

第二章 车辆超载运营对预应力简支梁桥疲劳性能的影响

2．1 概述

2．2 预应力混凝土结构疲劳分析方法和理论

2．2．1 钢筋与钢绞线的疲劳破坏机理

2．2．2 雨流计数法

2．2．3 S-N曲线

2．2．4 疲劳线性累计损伤理论与等效应力幅

2．3 多轴车辆轴重分配

2．3．1 多轴车辆的数值计算模型

2．3．2 实例分析

2．4 车辆不同超载率下预应力梁桥的疲劳性能研究

2．4．1 车辆超载的定义

2．4．2 参数的选取

2．4．3 不同超载率下代表性车辆轴荷计算

2．3．4 多轴车辆的时程分析

2．4．5 应力幅计算

2．4．6 普通钢筋和预应力束的疲劳损伤

2．5 车辆超载率与简支梁桥疲劳损伤的关系

2．5．1 多轴车超载率与简支梁疲劳损伤推导

2．5．2 实例分析

2．6 本章小结

第三章 行车参数对预应力梁桥的疲劳损伤影响分析

3．1 引言

3．2 车速对梁桥疲劳损伤的参数分析

3．2．1 数值计算

3．2．1 规律分析

3．3 行车间距和连续车流对梁桥疲劳损伤的参数分析

3．3．2 多车过桥的疲劳累计损伤公式

3．3．3 实例分析

3．4 桥梁跨径对其疲劳性能的影响研究

3．4．1 跨径与截面参数的选取

3．4．2 不同跨径桥梁在多轴车作用下的时程分析

3．4．3 不同跨径预应力简支箱粱桥的疲劳损伤计算

3．5 本章小结

第四章 宜泸高速交通调查分析与疲劳寿命评估

4．1 交通调查工具

4．1．1 动态称重系统简介(WIM)

4．1．2 动态称重系统构成与原理

4．2 公路桥梁车辆荷载统计的概率建模方法

4．2．1 高斯混合模型的定义

4．2．2 EM算法的GMM参数评估

4．3 交通数据调查分析

4．3．1 车流量调查分析

4．3．2 行车车速调查分析

4．3．3 公路桥梁车辆荷载统计分析

4．4 疲劳寿命评估

4．4．1 等效疲劳车辆

4．4．2 实例分析

4．5 本章小节

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 学习期间参与的主要课题项目

附录B 学习期间发表的论文