基于三车道交通流微观仿真的大跨桥梁汽车荷载响应分析

摘要

大跨桥梁是公路交通运输网络中的重要组成部分，其安全性和适用性直接关系到路网的畅通与否。在正常运营状态下，大跨桥梁不仅要承受结构自重、桥面铺装等恒荷载，还要承受各种可变荷载，在所有的可变荷载中，汽车荷载最具有公路行业特色，也最复杂，是影响大跨桥梁安全性的主要因素。因此，合理地评估汽车荷载效应具有十分重要的意义。而不管是对实际运营汽车荷载效应的特征进行分析还是对现有汽车设计荷载进行讨论，准确地获取车辆荷载数据是研究的关键。本文通过建立微观尺度的交通流模拟系统，对一座双向六车道的大跨斜拉桥进行了详细的汽车荷载响应分析与评价。具体完成工作如下：
　　1、建立了基于三车道元胞自动机交通流模型的大跨桥梁高仿真随机车流模拟系统，并进行了精细化改进，通过将车流模拟系统与改进的BDANS分析系统结合组建了微观交通流下的汽车-桥梁系统分析框架。
　　2、选取了斜拉桥的七个典型工况，对其在静力荷载作用下的响应进行了详细的分析。采用等效动力轮压法计算了实例斜拉桥的动力响应，通过计算大跨斜拉桥在全天随机车流荷载作用下的响应，对其斜拉索的疲劳性能进行了评价。
　　3、提出了设计CA交通流密度的概念，计算了设计密度车流荷载以及各国规范荷载作用下斜拉桥的响应，以此分析了各国规范的特征及桥梁响应对于规范标准值的超越概率。采用极值统计学的原理外推了设计基准期的汽车荷载效应，并反推了规范中的相关量值，对汽车设计规范中的车道荷载均布力及纵向折减系数进行了适应性讨论。基于模拟的车流数据，计算了斜拉桥在随机车流作用下的冲击系数并与各国规范取值进行了详细的对比分析。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3研究现状

1.4研究内容

第二章 三车道元胞自动机交通流模型

2.1概述

2.2元胞自动机交通流模型的基本理论

2.3三车道元胞自动机交通流模型的建立

2.4实测数据的交通流参数分析

2.5精细化元胞自动机交通流模型

2.6本章小结

第三章 高仿真随机车流模拟系统的建立

3.1概述

3.2大跨桥梁的交通流模拟

3.3模拟结果的参数分析

3.4本章小结

第四章 随机车流作用下大跨桥梁的响应特征

4.1概述

4.2 BDANS桥梁结构动力分析软件

4.3微观交通流下的汽车-桥梁系统分析框架

4.4静力荷载作用下大跨径斜拉桥的响应

4.5斜拉桥静力响应的参数分析

4.6大跨径斜拉桥动力特性分析

4.7等效动力轮压法

4.8动力荷载作用下大跨径斜拉桥的响应

4.9本章小结

第五章 随机车流与设计荷载作用下大跨桥梁响应对比分析

5.1概述

5.2设计CA交通流密度

5.3斜拉桥典型位置影响线

5.4各国规范下斜拉桥的响应

5.5设计密度下荷载效应与规范值对比

5.6大跨斜拉桥汽车设计荷载量值讨论

5.7大跨斜拉桥纵向折减系数计算

5.8大跨斜拉桥冲击系数研究

5.9本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢