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原文传递基于WIM的疲劳荷载模型和钢桥疲劳性能评估方法研究

论文题名：	基于WIM的疲劳荷载模型和钢桥疲劳性能评估方法研究
关键词：	钢结构桥;疲劳性能;可靠度评估;疲劳荷载模型
摘要：	钢结构桥梁具有自重轻、施工方便等优点，是大跨度桥梁的主要结构形式。钢桥正交异性板作为桥面系，既直接承受交通荷载，又参与结构受力，受力情况非常复杂。正交异性钢桥面板在车辆荷载的长期作用下极易发生疲劳开裂，国内外正交异性钢桥面板疲劳开裂事故的相继报道已经引发了人们对正交异性钢桥面板疲劳破坏问题的关心和重视。因此，深入研究钢桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤累积规律和疲劳可靠度评估方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。　　本文针对钢桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤问题，结合动态称重（WIM）、现场试验、长期监测和数值模拟，研究了浙江省内不同等级道路上的车辆荷载统计特征和疲劳车辆荷载模型；提出了适用于带铺装层正交异性钢桥面板热点应力计算的有限元模型建立和修正方法；建立了基于长期监测应力数据和基于实测车辆参数概率分布的正交异性钢桥面板焊缝热点疲劳可靠度评估方法。主要内容包括：　　（1）研究了浙江省内不同等级道路上车辆荷载参数的统计模型和疲劳荷载模型。基于浙江省内不同等级道路（包括高速公路、一级公路、二级公路和城市干道）上的车辆荷载动态称重（WIM）数据，研究了不同等级道路上的车流构成，讨论了车流参数的时间特征，分析了不同等级道路上车流的横向分布，进一步建立了浙江省内不同等级道路上所有车道车速、分车道车速、车辆轴重、车辆总重和不同轴数车辆总重的统计模型；对比分析了各国桥梁设计规范推荐的疲劳荷载模型，提出了浙江省内不同等级道路上的疲劳荷载模型，讨论了车辆荷载参数对正交异性钢桥面板疲劳损伤的影响。研究结果表明，建立的统计模型能准确描述车流荷载参数的统计特征，不同桥梁设计规范疲劳荷载模型的单车疲劳损伤差异巨大，难以采用统一的标准疲劳车对不同等级道路上的车流进行描述。　　（2）研究了带铺装层的正交异性钢桥面板车致热点应力特征和数值模拟方法。开展了带铺装层的正交异性钢桥面板在不同位置的静止车辆荷载和不同车速及不同路面粗糙度的移动车辆荷载作用下的焊接细节应力现场实测，分析了车辆荷载作用下焊接细节热点应力特征，建立了基于实测数据的正交异性钢桥面板的焊接细节应力冲击系数的统计模型以及与车速的相关模型；确定了车辆荷载在正交异性钢桥面板上引起的应力影响范围和有限元模型的边界，讨论了铺装层材料参数和轮载尺寸对正交异性钢桥面板焊缝应力的影响，提出了带铺装层的正交异性钢桥面板热点应力计算有限元模型修正方法，并通过试验数据进行了验证。研究结果表明，实测冲击系数服从均值为1.32、方差为0.10的正态分布，冲击系数随着车速的增加而逐渐增加，提出的带铺装层正交异性钢桥面板有限元模型能准确模拟焊接细节在车辆荷载作用下的热点应力，模型修正方法可靠。　　（3）研究了基于实测热点应力和实测车辆荷载参数概率分布的正交异性钢桥面板疲劳可靠度评估方法。基于杭州市金昌路运河桥正交异性钢桥面板焊缝热点外推测量点的应力长期监测数据，利用经典的表面外推法获得了高精度焊缝热点应力时程，据此建立了焊接热点应力谱的统计模型，开展了金昌路运河桥正交异性钢桥面板疲劳可靠度评估，分析了车流量增长对正交异性钢桥面板疲劳可靠度的影响；提出了复杂概率模式下随机车流模拟方法，建立了正交异性钢桥面板焊缝热点应力影响面，考虑了冲击系数的概率放大效应，形成了包括复杂概率模式下的随机车流模拟、基于热点应力影响面的热点应力时程计算和疲劳可靠度评估三个环节的基于车辆参数概率分布的正交异性钢桥面板焊缝热点疲劳可靠度分析方法，并进行了验证。研究结果表明，随着车流量的增长，金昌路运河桥正交异性钢桥面板的疲劳可靠度显著降低；提出的基于车辆参数概率分布的疲劳可靠度分析方法可以较为准确的评估焊缝的疲劳性能。
作者：	陈斌
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	谢旭
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文