重载作用下装配式预应力混凝土箱梁桥疲劳性能研究

摘要

装配式预应力混凝土箱梁桥是我国高速公路上中等跨径梁式桥的主力桥型之一，伴随着现代交通物流和区域经济的快速发展，重载交通运输的特征越来越显著，部分高速公路实际运行车辆荷载已经超过了设计荷载值，因此装配式预应力混凝土箱梁桥的疲劳日益成为不可忽视的问题。本文基于动态称重(WIM)系统和结构健康监测(SHM)系统，对重载作用下装配式预应力混凝土箱梁桥的疲劳性能进行了研究，具有重要的理论意义及工程实用价值。主要工作如下:
　　(1)基于新沂河大桥WIM系统自2012年5月至2015年12月共计2324万辆车辆原始数据，分别对全部车辆和重载车辆（大于55吨车辆）的疲劳荷载谱和标准疲劳车进行了研究。
　　(2)基于新沂河大桥SHM系统自2014年10月至2016年4月的原始数据，对新沂河大桥跨中梁底加固钢板的疲劳寿命进行了评估。
　　(3)基于WIM系统监测信息，分别对新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命进行了评估。
　　(4)基于疲劳累积损伤模型和可靠度方法，分别对新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命进行了评估。
　　得到的主要结论如下:
　　(1)基于WIM全部原始数据和436万辆重载车辆原始数据，建立了实际运行车辆的车重、车间距和车头时间间隔的概率分布模型。
　　(2)基于WIM监测信息，建立了新沂河大桥三种类型的疲劳荷载谱，即分别基于典型车型、标准疲劳车和实际车流的疲劳荷载谱，可供实桥疲劳分析参考。
　　(3)基于SHM系统应变时程和Miner线性累积损伤准则，得到加固后新沂河大桥箱底钢板的疲劳寿命是140年。
　　(4)基于WIM的疲劳寿命评估表明:左幅体内预应力钢筋的疲劳寿命79年、加固前右幅体内预应力钢筋的疲劳寿命10年、加固后右幅箱底钢板的疲劳寿命146年、加固后右幅体外索的疲劳寿命104年和加固后右幅体内预应力钢筋的疲劳寿命58年;重载车辆造成的损伤占总损伤88％及以上。
　　(5)基于疲劳可靠度方法，得到新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命分别为82年、9年和55年，与基于WIM得到的疲劳寿命79年、10年和58年基本吻合，三种方法可以相互印证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 国内外桥梁疲劳规范比较

1．2．1 国内规范

1．2．2 国外规范

1．2．3 规范比较

1．3 桥梁疲劳研究现状

1．3．1 材料的疲劳

1．3．2 疲劳荷载谱

1．3．3 重载下的疲劳

1．3．4 疲劳寿命评估

1．4 存在的主要问题

1．5 主要研究内容

第2章 新沂河大桥疲劳车辆荷载模型

2．1 疲劳分析理论及方法

2．1．1 疲劳分析理论

2．1．2 等效轴重和等效轴距

2．1．3 疲劳损伤贡献率

2．1．4 雨流计数法

2．2 工程背景

2．2．1 新沂河大桥简介

2．2．2 新沂河大桥裂缝发展

2．2．3 新沂河大桥加固概况

2．3 全部车辆统计分析

2．3．1 车流量

2．3．2 车重

2．3．3 车间距

2．3．4 轴重

2．3．5 轴间距

2．3．6 车头时间间隔

2．4 重载车辆统计分析

2．4．1 车流量

2．4．2 车重

2．4．3 车间距

2．4．4 轴重

2．4．5 轴间距

2．4．6 车头时间间隔

2．5 全部车辆疲劳荷载谱和标准疲劳车

2．5．1 代表车型拟定

2．5．2 疲劳荷载谱(九种车型)

2．5．3 疲劳荷载谱(五种车型)

2．5．4 标准疲劳车

2．6 重载车辆疲劳荷载谱和标准疲劳车

2．6．1 疲劳荷载谱

2．6．2 标准疲劳车

2．7 小结

第3章 基于健康监测的新沂河大桥加固后钢板疲劳寿命评估

3．1 新沂河大桥健康监测系统简介

3．1．1 主梁应变监测

3．1．2 动位移监测

3．1．3 体外索索力监测

3．1．4 温度监测

3．2 健康监测系统数据处理

3．2．1 主梁应变

3．2．2 动位移

3．2．3 体外索

3．2．4 温度

3．3 疲劳寿命评估

3．3．1 疲劳寿命评估流程

3．3．2 疲劳寿命评估

3．4 小结

第4章 基于动态称重的新沂河大桥疲劳寿命评估

4．1 新沂河大桥动态称重系统安装和标定

4．2 新沂河大桥有限元模型

4．3 影响线计算

4．4 疲劳寿命评估

4．4．1 疲劳寿命评估流程

4．4．2 左幅疲劳寿命评估

4．4．3 加固前右幅疲劳寿命评估

4．4．4 加固后右幅疲劳寿命评估

4．5 小结

第5章 基于可靠度的新沂河大桥疲劳寿命评估

5．1 疲劳可靠度分析理论和方法

5．1．1 极限状态方程和可靠度指标

5．1．2 中心点法、验算点法和JC法

5．1．3 Monte Carlo法

5．2 新沂河大桥疲劳寿命评估

5．2．1 按疲劳累积损伤模型计算疲劳寿命

5．2．2 左幅疲劳寿命评估

5．2．3 加固前右幅疲劳寿命评估

5．2．4 加固后右幅疲劳寿命评估

5．3 重载作用下新沂河大桥疲劳寿命评估

5．3．1 左幅疲劳寿命评估

5．3．2 加固前右幅疲劳寿命评估

5．3．3 加固后右幅疲劳寿命评估

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士学位期间所取得的研究成果