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原文传递实测交通荷载下中小跨径桥梁疲劳寿命研究

论文题名：	实测交通荷载下中小跨径桥梁疲劳寿命研究
关键词：	钢筋混凝土桥梁;疲劳寿命;车辆荷载;元胞自动机
摘要：	随着中国经济与技术的快速发展，我国人民的出行需求增加，随之而来的是交通运输业得到了空前的发展。桥梁作为国家交通的咽喉，对经济领域发展迅猛有着深远的影响，桥梁服役的日积月累与日益增长经济带来井喷式增长的交通量有着相互矛盾。桥梁在增长的交通荷载影响下，在未达到使用寿命之前就会出现结构损坏，影响了其正常使用。桥梁结构在使用寿命年限内使用趋于稳定归功于桥梁结构设计时对永久荷载有足够的安全储备，然而车辆荷载是可变的荷载，其荷载效应的随机性与动态性在设计过程中，较难准确的真实反应出对桥梁结构的受力影响。此外在现阶段中完成实时的交通荷载调查发现，所得到的真实数据与设计时采用的荷载设计信息不匹配，再加上横向联系在模拟过程中往往会被忽略的情况下，所以提出了一种基于WIM数据参数来模拟实际车流的精细化CA模型，并考虑左右两车道对桥梁结构产生的横向作用效应，得到与实际车流相吻合的等效等幅疲劳应力幅，并通过等效等幅疲劳应力幅快速准确地评估钢筋混凝土桥梁的疲劳特性。主要工作内容如下：　　（1）选取云南省某站点桥位的动态称重系统（WIM）采集的六个月的实测车辆数据，对车辆类型、交通流、车道、车速、车距和车重进行统计分析和数据调查，进行K-S检验，得到各类车型所服从的特征参数值和概率分布。根据灰色理论，根据短期的实际数据为原始数据，在满足数据适用性的基础上，给出了基于修正GM（1.1）模型对未来交通量的预测方法。　　（2）对简支梁和连续梁作用于随机车流的荷载，将荷载效应分布规律与各国规范设计值进行一一对比分析研究，运用CA模型采用影响线加载计算的方法，采用MATLAB对荷载效应进行计算，对计算结果进行了统计分析，利用统计分析结果计算得出了简支和连续梁的荷载效应值。　　（3）在传统的元胞自动机模型的基础上更新时间和改进了元胞步长，考虑多车最优速度和最优速度差的优化速度模型，并采用了与车辆时间间隔相一一对应的车辆生成概率的开放边界。采用变道规则、驾驶规则来模拟，根据WIM数据得到的交通流量的荷载特征参数和运用Matlab建立精细化的元胞自动机交通模型。通过时空图和车流密度与车流量图的分析，验证精细化CA模型建立的正确性，从而获得了钢筋混凝土桥跨的疲劳应力历程。　　（4）以WIM数据得到的车辆各种信息参数建立了该区域的桥梁疲劳车辆荷载谱，分析了车辆荷载作用效应与桥梁疲劳寿命之间的关系。对交通荷载进行拟合推算相近时间段的等效等幅应力来预估剩余疲劳寿命。提出可计算的相近时间段的应力幅值公式，还考虑了单车不同轴数车辆的交通荷载应力幅值对简支桥梁疲劳损伤的分析，计算预测桥梁的疲劳寿命与应力。还对比分析了疲劳荷载谱模拟的疲劳寿命与元胞自动机模拟的的疲劳寿命误差为8.11%。基于WIM的实测数据的精细化元胞自动机模拟随机车流的方法能更为真实的模拟随机车流的加载，计算的疲劳寿命更保守和安全。
作者：	李建鑫
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	向中富
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2021