钢箱梁斜拉桥等效疲劳车辆荷载模型分析

为了调查长江中下游地区跨江大桥的车辆荷载运行特性,首先,以某一钢箱梁斜拉桥为例,分析大桥1 a实测交通流特性,得到相关轴型车辆的轴距、车辆质量及轴重分布;其次,基于损伤等效原则计算大桥各轴型车的等效疲劳车辆荷载模型;最后,对我国钢桥规范提供的疲劳荷载模型Ⅲ进行修正,提出适用于同区域类型桥梁的标准疲劳车。研究结果表明:大桥呈现交通流量大、货车载重高及超载现象普遍的特征;等效疲劳车辆荷载模型可简化为6种车型,等效车辆质量大于10 t的疲劳车辆占比高达85.9%,其中6轴车在疲劳损伤中占主导地位;提出的疲劳标准车是1辆质量为64 t的4轴车,单轴重为16 t;国外规范疲劳标准车引起的疲劳损伤均低于本文实际疲劳标准车引起的疲劳损伤;对于顶板U肋连接细节,顶板厚度增加2 mm可至少降低疲劳损伤46.4%。

西南山区高速公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

疲劳车模型在桥梁疲劳评估中有着非常重要的作用,根据动态称重系统获得的车辆数据,并以等损伤度为理论基准,推导出适用于中国西南山区高速公路桥梁的3轴标准疲劳车模型。车辆统计数据和疲劳损伤度模拟计算表明,超过一半的疲劳损伤由6轴车引起,故根据统计数据以6轴车为原型设计出简化的3轴标准疲劳车模型,并根据Miner线性累积损伤法则,以实际车辆导致的损伤度为目标对疲劳车模型轴重和轴距进行修正。同时,针对西部山区高速公路桥梁提出两项建议:其一为基于弯矩概率函数曲线分析,建议最大应力幅峰值取为等效应力幅的3倍而不是AASH-TO所规定的2倍,这主要由于该地区部分车辆超载较多所致;其二为BS5400疲劳车模型是实际车辆引起疲劳损伤的1.15倍从而高估了本地区的疲劳损伤,而AASHTO疲劳车引起的疲劳损伤与实际车辆导致的损伤也基本一致,故建议在西部山区高速公路疲劳车规范的选择时,宜选择AASHTO规范,但应根据实际通行车辆对疲劳车通行量进行修正。

基于WIM实测数据的标准疲劳车模型研究

该文利用渝湛高速公路27万多个货车的动态称重数据,根据等效损伤原理,推导出标准疲劳车模型,依据可靠度理论和极值理论,修正了标准疲劳车的保证率,并将其与国内外标准疲劳车模型产生的荷载效应进行了比对。分析结果表明:该文所提出的标准疲劳车模型具有较强的适用性和有效性,可以较好地反映中国工业化中期地区运营车辆荷载状况。

不同运行状态下的城市桥梁标准疲劳车模型研究

以乌鲁木齐市某高架桥获取的3个月实地车辆拥堵荷载数据为基础,采用等效损伤原则计算了由原始车辆荷载谱等效得到的疲劳车加载到1.5～100m简支梁和30m+30m+30m连续梁桥产生的疲劳损伤占比,推导了适用于乌市一般运行状态下的标疲车。此外,选取了两种频发的怠速拥堵工况,按"总重不变,合并轴重"原则分别近似等效为3轴和4轴疲劳车,并计算了加载到1.2～50m简支梁上产生的疲劳损伤占比,推导了适用于乌市拥堵状态下的标疲车。最后,对比分析了一般运行状态和拥堵状态下以及国内外的标疲车对桥梁造成的疲劳损伤随桥梁跨径变化的差异和规律。

基于WIM系统的京沪高速公路重车疲劳荷载模型

基于动态称重(WIM)系统的监测数据,统计分析了大于55 t重车的车重、车间距、轴重及车头时间间隔等特征参数的概率分布,推导出京沪高速(沂淮段)重车疲劳荷载谱和标准疲劳车模型.此外,建立了分车道和不分车道的疲劳荷载谱和标准疲劳车模型,且标准疲劳车总重远大于规范值.结果表明,京沪高速(沂淮段)日均重车达3 657辆,重载运输特征明显,车重服从广义极值分布,车间距服从伽马分布,轴重及轴间距服从混合高斯分布,车头时间间隔服从对数正态分布.建立的重车疲劳荷载谱和等效标准疲劳车模型可供实桥疲劳评估参考.

公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准,根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据,以等损伤度为理论基准,得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样,以上述疲劳典型车辆为蓝本,建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型,进行构件疲劳损伤度计算,确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径(或影响线长度)的纵向修正系数,由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补我国公路桥梁疲劳设计的空白。

营运长途客车驾驶员疲劳累积规律及模型研究

研究营运长途客车驾驶员的疲劳累积规律是保障公共交通安全的需要。针对黑龙江省海伦市营运长途客车驾驶员,设计疲劳累积随车实验,采集驾驶员状态视频及驾驶员感知判断能力、自我主观疲劳评价等指标,利用视频分析处理软件将驾驶员状态视频转化为PERCLOS-P80值,以此作为疲劳程度的衡量指标。分别从原始疲劳和驾驶疲劳2个方面,对营运长途客车驾驶员疲劳累积规律进行分析,得出原始疲劳与前1d的实际睡眠时间呈负相关、与驾驶时间差呈正相关;驾驶疲劳与原始疲劳及连续驾驶时间呈正相关、与累计休息时间呈负相关的结论。建立了疲劳累积与驾驶员工作、休息时间的关系模型,运用回归技术对模型进行标定,其拟合优度达到0.929。在此模型的基础上,对不同原始疲劳值的驾驶员提出了连续驾驶时间的风险临界值(F=0.3时),给出了营运长途客车驾驶员工作休息建议,为其安全驾驶提供指导。

基于等效疲劳车的正交异性钢桥面板疲劳寿命评估研究

合理评估正交异性钢桥面板疲劳寿命,以指导新建钢桥建设及既有钢桥管养,成为当前桥梁可持续发展的重大需求。准确、合理的疲劳荷载是钢桥面板疲劳寿命评估的基础,然而在目前我国钢桥规范中,钢桥面板疲劳荷载采用的是一辆固定总重的四轴标准疲劳车,也没有给出具体钢桥面板疲劳寿命评估过程。对此,基于应力~寿命分析法,制订了一种基于等效疲劳车的钢桥面板疲劳寿命评估过程,并以武汉军山大桥和云南金安金沙江大桥为例,开展了正交异性钢桥面板疲劳寿命评估研究,研究结果表明:军山大桥与金安大桥合理等效疲劳车总重约是标准疲劳车的3.0倍与1.4倍。

基于随机车流的等效疲劳车荷载研究

以云南金安金沙江大桥为工程背景,基于该大桥交通量预测数据,利用蒙特卡洛法编制Matlab程序,计算得到云南金安金沙江大桥的随机车流。根据随机车流组成的疲劳荷载谱,得到适用于云南金安金沙江大桥的标准疲劳车辆荷载模型。研究结果表明,基于随机车流得到的等效疲劳车车重为526kN,高于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中提供的标准疲劳车车重,适应该大桥交通量大、重载车比例高的特点。研究成果不仅可为该桥梁正交异性钢桥面板的疲劳试验提供理论支撑,并可为该地区公路桥梁的疲劳荷载谱编制以及桥梁耐久性评估提供依据。

中外规范下钢桥面板纵肋与横隔板围焊处疲劳应力对比分析

纵肋与横隔板交叉细节是钢桥面板主要疲劳易损细节之一,该细节萌生于围焊处沿纵肋腹板斜向发展的疲劳裂纹危害严重。文章同时考虑国内、国外两种典型疲劳车形式,对钢桥面板纵肋与横隔板围焊处疲劳应力进行对比分析,计算结果可为相似结构提供参考。

超载对RC梁桥疲劳可靠性的影响分析

基于传统的用于疲劳可靠性分析的累积损伤模型和英国BS5400规范中标准疲劳车,以某钢筋混凝土梁桥为背景,研究了车辆超载对钢筋混凝土梁桥疲劳可靠度的影响和车辆超载与交通量增长同时作用下该钢筋混凝土梁桥疲劳可靠度的时变规律。研究结果表明:在相同的使用寿命情况下,超载水平越高,细节的疲劳可靠度指标越低,发生疲劳失效的概率相应也越大;同时考虑超载与交通量增长将大大缩短桥梁的疲劳寿命。与只考虑超载情况相比,服役后期细节的疲劳可靠度指标将急剧减小,桥梁在设计基准期内发生疲劳破坏的风险将显著增加。

武汉二七长江三塔结合梁斜拉桥疲劳特性分析

利用大型有限元软件Midas/Civil建立武汉二七长江大桥全桥三维有限元模型.根据成桥阶段内力计算,确定了主跨跨中截面、主跨1/4跨截面、边跨混凝土主梁结合段、中塔最外侧斜拉索和边塔最内侧斜拉索作为疲劳破坏最危险部位.选取英国规范BS5400、美国规范AASHTO、欧洲规范Eurocode1和我国的6轴标准疲劳车,分别对疲劳破坏最危险部位进行加载计算,获得了运营期内各最危险部位的疲劳应力谱.结合武汉二七长江大桥的设计交通流量,计算得到了疲劳车辆年平均日交通流量.选取不同材料的疲劳S-N曲线,利用疲劳累积损伤准则计算得到了最危险部位的年累计损伤度.比较四种标准疲劳车在疲劳寿命评估中的准确性,最后综合评估武汉二七长江大桥的疲劳性能.结果表明,该桥100年运营期内不会发生疲劳破坏.

新型正交异性桥面板疲劳性能分析

为了减少传统正交异性板的疲劳损伤以及提高其抗疲劳特性,邓文中院士提出了一种新型的正交异性板截面型式.文章主要以这种新型的桥面板为研究对象,通过有限元软件分析计算,可知其疲劳性能优于传统正交异性板.

基于大数据的大跨悬索桥钢箱梁疲劳寿命分析

为有效利用桥梁监测系统积累的大量数据进行桥梁性能分析,首先,以西堠门大桥为研究对象,建立多尺度非线性有限元模型,并探讨了利用监测系统所获得的风速、温度、车辆及位移等多类监测数据对所建模型的可靠性进行验证的方法;然后,基于WIM系统采集的海量车辆信息数据,通过统计分析确定了6类疲劳标准车,将其施加到多尺度有限元模型,获得了钢箱梁焊接细节的应力响应,结合Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算钢箱梁构造细节疲劳寿命的理论值,并采用滤波、去噪等大数据分析方法对应力监测数据进行分析,基于实测数据计算钢箱梁焊接细节疲劳寿命,以确定理论疲劳寿命的修正系数;最后,根据修正后的理论疲劳寿命,将钢箱梁横向不同位置的构造细节划分为4个疲劳等级.文中研究为获取未布置传感器的构造细节疲劳寿命提供了新的思路,可指导大跨桥梁钢箱梁的日常养护管理工作.

公路钢桥疲劳标准荷载推导方法研究

基于中国公路交通的特点,从交通荷载的调查,典型车辆频值谱的确定,标准疲劳车模型的确定以及标准疲劳车模型的纵、横向修正等几个方面全面阐述了公路钢桥疲劳设计标准荷载的确定过程。并以东北某省为例,给出了汽车荷载的调查统计结果、标准疲劳车的推导结果以及多车效应的纵向修正结果等。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载模型,填补了中国公路钢桥疲劳设计中的空白,也为公路钢桥的运营管理和养护维修提供了有力的参考依据,对提高桥梁的耐久性具有现实的指导意义。

钢桥面板纵肋与横隔板交叉细节疲劳应力有限元分析

为系统探究纵肋与横隔板交叉细节的疲劳特性,以某斜拉桥钢桥面板为研究背景,利用ANSYS有限元软件,对2跨3纵肋节段疲劳模型进行了数值模拟。研究结果表明:当疲劳车轮载单侧前后轮中心线通过横隔板正上方时,纵肋与横隔板交叉细节的疲劳应力幅达到最大;在欧规疲劳车荷载下,围焊焊趾处疲劳应力幅为83.6 MPa,横隔板开孔圆弧线上的最大疲劳应力幅为120.2 MPa。

高速铁路桥梁疲劳荷载研究

高铁桥梁疲劳荷载是桥梁设计的重要依据,与高铁线路通行量与运行车辆密切相关。基于对京沪、沪宁、沪杭、杭深、合武、合宁等6条高速铁路与客运专线连续3年的营运数据收集,按春运、节假日、休息日、工作日等4类运营模式随机取12天作为全年样本,根据通行量和载重量对各条线路的运行列车车型、轴重、运行图、运行列车统计表和客座利用率等运营资料进行了统计分析,采用概率统计方法得到了不同通行量的6种运营荷载频值谱。依据疲劳损伤等效原理和Miner线性准则公式对运营荷载频值谱进行计算分析,提出了标准疲劳荷载车。建议高速铁路桥梁疲劳验算可根据线路的运量、本文提出的运营荷载频值谱和标准疲劳荷载车进行。

多车道荷载下组合梁斜拉桥疲劳性能分析

为了给大跨径钢-混组合梁斜拉桥抗疲劳设计提供依据,针对珠海某水道主航道桥,开展了多车道荷载下钢-混组合梁斜拉桥疲劳性能分析。首先建立全桥有限元模型,通过慢车道标准疲劳车移动荷载分析,获得最不利钢主梁、混凝土桥面板和斜拉索的具体位置。然后基于英国BS5400规范和Miner准则,考虑各车道的影响,获得了最不利钢主梁和斜拉索200万次等效疲劳应力幅以及混凝土桥面板的损伤度。结果表明:中跨455m处钢主梁和边跨ES3#斜拉索为疲劳关键部位,其运营期内200万次等效应力幅分别为61.03MPa和50.16MPa,均小于200万次疲劳破坏应力幅;塔梁结合处混凝土桥面板的疲劳损伤度为5.27×10-8,远小于1,均满足设计要求。研究成果对大跨径钢-混组合梁抗疲劳设计具有直接的指导作用。

Fatigue behavior of crane beam strengthened with CFRP

In order to study the fatigue behavior of the damaged reinforced concrete （RC） beams strengthened by carbon fiber reinforced polymer （CFRP） laminate, three T-shaped beams strengthened by CFRP and one contrasting beam are tested under fatigue loading, with the parameters of different modes of strengthening and different fatigue load levels considered. The main results obtained from the tests are： the width of the crack decreases 50. 2% to 66%, and the development of the crack is limited; the stress of steel decreases 24. 1% to 28. 2%, and the stiffness increases 14.9% to 16. 1% after being strengthened. Based on the technical specification for strengthening concrete structures with CFRP and the conclusions from the tests, a calculating scheme of the flexure stiffness is given, which can be used for reference in engineering design. Finally, some suggestions are given for design in fatigue strengthening.

正交异性钢桥面板与U肋焊接处应力分布规律研究

为了分析正交异性桥钢面板中桥面板与U肋焊接部位应力分布规律,以宁波市象山港大桥钢箱梁为研究背景,利用Midas Civil及Midas FEA建立全桥整体及钢箱梁局部节段有限元模型,采用现行《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中的疲劳荷载车模型,依次计算焊脚处桥面板、U肋的纵横向应力及其应力幅,并与现场实测数据进行比较和分析。分析结果表明:疲劳正应力计算结果满足规范要求;疲劳荷载作用下,焊脚处桥面板、U肋纵向应力的交变循环作用对正交异性钢桥面板的疲劳寿命影响更为显著,而横向应力对焊脚处裂缝的产生及发展有一定影响;局部轮压对桥面板应力的影响较大,应以最不利布置(HX2)进行设计计算。