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原文传递公路桥梁车辆荷载及可靠度研究

论文题名：	公路桥梁车辆荷载及可靠度研究
关键词：	公路桥梁;结构设计;车辆荷载;可靠度
摘要：	车辆荷载作为公路桥梁的基本可变荷载,在公路桥梁结构设计中起着非常重要的作用。公路桥梁上车辆荷载的一个重要特点是,车辆种类繁多,在各车道上的位置不确定,使得车辆荷载效应呈现非常大的随机性,因此,必须采用统计方法进行分析和研究。我国现行公路桥梁荷载规范的车辆荷载是根据上世纪90年代初的实测结果,经统计分析确定的;近年来,随着我国经济的快速发展,公路交通流特性发生了显著变化,特别是因超载现象频现、桥梁垮塌事件频繁发生,引起人们对现行规范车辆荷载标准适用性的关注。另外,我国公路桥梁结构自上世纪90年代开始采用了基于可靠度的设计方法,使得桥梁设计的科学性得到很大提高,但在很多方面还不是很完善。为此,本文从公路桥梁车辆荷载概率模型、荷载分项系数、多车道荷载横向折减系数及中小跨径预应力混凝土桥梁可靠性评估和大跨径桥梁可靠度分析等方面进行了研究。主要内容如下: 　　(1)基于我国23个省区69个路段的所有实测车辆荷载数据,分别对非治超、计重收费和治超地区快车道、中间车道和慢车道的车辆组成类型、车辆总重、车辆到达时间、车辆轴间距及轴重比例进行统计分析,建立了符合我国现状的车辆荷载概率分布模型。　　(2)针对不同跨径桥梁对车辆荷载变化敏感性不同的特点,基于本文提出的车辆荷载概率模型,将产生的随机车流施加于单车道预应力混凝土T形梁板桥上,计算主梁的弯矩和剪力,按照相同超越概率的原则,分析得到桥梁车辆荷载效应标准值的跨径影响系数。研究表明,在不同跨径桥梁结构可靠指标一致的前提下,桥梁跨径越小,要求的分项系数越大;在此基础上提出考虑桥梁跨径的车辆荷载分项系数计算公式。　　(3)由于多车道桥梁上同时布满车辆及同时出现较多重车的可能性很小,为使不同数量车道桥梁的可靠度取得一致,设计中应对规范中的车道荷载标准值进行折减。利用本文提出的车辆荷载概率模型产生随机车流,并加载在多车道预应力混凝土简支T形梁板桥结构上,计算同一保证率下不同车道T梁桥纵梁的荷载效应,得到多车道横向折减系数,即二、三、四和五车道T梁桥的多车道荷载横向折减系数分别为1.00、0.75、0.65和0.55。分析表明,按本文方法得到的多车道荷载横向折减系数进行设计,多车道桥梁构件的可靠指标是一致的。　　(4)基于本文提出的车辆荷载概率模型,计算了中华人民共和国交通部《桥梁上部结构通用图》中预应力混凝土简支空心板桥和T梁桥的车辆荷载效应,给出车辆荷载效应的截口概率分布和设计基准期内最大值的概率分布,在此基础上对非治超地区、计重收费地区和治超地区桥梁的可靠度进行了分析。分析表明,在当前车辆荷载下,按《桥梁上部结构通用图》设计的桥梁上部结构抗弯和抗剪可靠指标均不满足《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)规定的目标可靠指标要求,其中非治超地区可靠指标最小,治超地区最大,计重收费地区介于两者之间。　　(5)基于本文提出的车辆荷载概率模型,以某钢桁架桥梁为分析对象,计算了钢桁架桥梁杆件的应力历程;基于雨流计数法和线性损伤累计准则,得到桁架杆件细节的疲劳应力谱和概率模型,在此基础上对当前荷载下钢桁架杆件细节进行疲劳可靠度分析。结果表明,疲劳应力谱可用指数分布描述;车辆荷载作用下所分析钢桁架杆件细节的疲劳可靠指标为3.612～7.789。　　(6)基于本文提出的车辆荷载概率模型,以苏通大桥为分析对象,建立了大跨度斜拉桥拉索索应力的概率模型;基于随机过程的跨阈理论,得到设计基准期内车辆荷载效应最大值的概率模型,在此基础上对斜拉桥拉索的可靠度进行分析。分析表明,大跨度斜拉索的索应力可用高斯随机过程描述;车辆荷载作用下苏通大桥斜拉索的可靠指标范围为7.93～14.55,靠近索塔处的斜拉索可靠指标较大,远离索塔处的斜拉索可靠指标较小。
作者：	杨晓艳
专业：	结构工程
导师：	贡金鑫
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文