高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

混凝土结构三维徐变的有限元计算方法

由于传统的杆系有限元程序和公式解法不能精确考虑和计算混凝土结构的三维徐变和局部效应,因此提出了一种混凝土结构三维徐变的有限元计算方法.首先说明了三维徐变的计算原理,并对有限元计算过程中的主要模块进行了阐述.在此基础上,对一个钢筋混凝土柱算例模型进行计算,并与Dischinger公式算法进行对比;钢筋及混凝土应力、模型变形等与公式解法相差在5%以内.同时,采用该方法实现了对箍筋影响及结构局部应力分布的时变分析.最后,为分析剪切应力对徐变变形的影响,对一预应力钢筋混凝土梁进行了三维徐变计算,计算结果与试验值吻合良好.     

基于扩散路径映射的混凝土碳化细观模拟方法

对碳化作用细观求解方法进行梳理改进，利用传输和反应过程状态变化的路径依赖特点，规避了传统方法大规模矩阵求解，提出了基于扩散路径映射的碳化细观模拟方法。方法基于Dijkstra路径算法对界面层影响进行修正，建立水泥浆体扩散路径算法，得到环境表面到水泥浆体的最短路径网络；通过水泥浆体代理模型，模拟水化反应、碳化反应以及材料孔隙率变化的耦合碳化过程，得到关键指标（氢氧化钙浓度）沿扩散路径的时变分布；最终依据相同的扩散路径长度进行结果映射，实现碳化作用中关键物质浓度随时间空间分布的高效精准预测。通过材料试验对比校验，扩散路径映射方法模拟结果能够准确反应混凝土碳化深度范围；与传统偏微分求解方法对比，扩散路径映射方法能够在细观尺度精准模拟关键物质空间分布情况，且求解效率提升20倍以上，存储空间需求降低为偏微分求解的2%以内。     

混合交通流作用下大跨径桥梁车辆荷载效应分析

卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式，小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加，且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多，结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应水平及其与普通车辆形成的混合交通流对桥梁结构的影响，评估现行规范的适用性，调研了国内外关于卡车列队的实际测试和理论研究，基于在役大跨径桥梁的实测交通流数据，提出了卡车列队荷载模型和混合交通流模拟方法。以一座大跨径悬索桥为主要背景工程，考虑实际的桥梁运行情况，实现了混合交通流模拟，研究了代表性混合交通场景中结构的车辆荷载效应水平和安全性，分析了卡车列队模式以及混合交通流对于大跨径悬索桥汽车荷载效应的影响。分析结果表明，混合交通流作用下的荷载效应水平较普通车辆车流有明显提高，但仍低于规范加载值。不同加载场景下的效应值约为规范值的35%～80%，现行规范对于卡车列队参与的混合交通流作用下结构的整体效应和区段效应均可提供较好的安全裕度，能够保证桥梁在未来相应运营状态下的安全服役。     

公路桥梁长加载区间的多车道车辆荷载概念模型

高速公路多车道荷载及其响应的差异一直是桥梁设计与研究关注的重点,目前的多车道荷载模型对这种差异表述不合理,特别是长加载区间效应.选取2009~2013年实测的2车道和4车道28d自由通行的WIM(Weigh-in-motion)数据,研究车辆的车道选择和荷载的空间分布特性,分析长加载区间的多车道荷载响应,提出了考虑多车道荷载模型的新思路,并校核了该概念模型的系数取值.研究表明,应选用至少3周以上数据进行车辆及荷载分析才具有统计意义,多车道中各分车道的车辆及荷载分布具有显著差异,我国规范基于车道荷载同分布的假定不成立.车道荷载分位值差别显著,而最大值却大致相同,说明多车道荷载模型无法兼顾不同加载区间的修正要求.长加载区间上分车道荷载响应之间的比值趋于稳定数量关系,表明各车道不仅不能达到相同水平极值,且不能同时达到.推荐的多车道概念模型能科学考虑长加载区间上分车道及总车道响应极值的关系,更具工程意义,校核的系数表明推荐模型合理可用.     

基于改进响应面的桥梁抗弯刚度修正

根据响应面法(RSM)的应用条件,从工程应用角度研究响应面法改进方法及桥梁抗弯刚度修正中确定设计空间大小的一般原则。利用单因素试验法,令抗弯刚度在初始设计值的基础上产生单位改变量,考察目标函数对应的改变量,建立两者之间的线性函数关系,以初始有限元模型的目标函数值和对应实测值的差值为目标,通过优化算法,使待修正参数的设计空间快速逼近最优区域。在优化的设计空间里建立响应面模型对桥梁结构抗弯刚度进行修正。数值算例和三跨连续梁实桥静载试验算例证明:该方法显著地提高了基于响应面的桥梁结构抗弯刚度修正的精度。     

随机车流作用下多塔斜拉桥总体荷载响应特性

结合车辆荷载研究技术,以三塔斜拉桥为例,分析了该结构在随机车流作用下的总体荷载响应特性,深入研究了实际汽车荷载响应与规范荷载模型计算值差别,探讨了车流随机特性参数对结构响应特性影响.结果表明:我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)的汽车荷载模型对多塔斜拉桥估计过高,交通运营状态和日均交通量、重车混入率交通特性等参数对汽车荷载响应影响显著,对不平衡加载敏感不同的效应显示出对随机车流不同的响应特性.说明现有规范基于影响面确定加载范围的极端加载方式及荷载取值无法反映多塔斜拉桥的实际汽车荷载响应状况,建立反映实际状况的荷载模型可考虑引入多参数多级别的性能设计思想.     

基于多元胞模型的桥梁车流合成及荷载模拟

随机车辆荷载模拟是桥梁荷载评定和性能评估的基础和关键,目前基于Monte Carlo的车流模拟较难呈现长加载跨径内车流的微观动态演化特性,而基于元胞自动机(CA)的单元胞模拟方法在加载精度方面仍需改进.单元胞模拟法中,将每个车辆用一个元胞模拟,难以体现轴重影响,限制了模拟精度的提高.在此基础上,提出了每个元胞模拟一个车轴,多个元胞模拟一辆车的多元胞自动机(MCA)模型,并利用实测车流及其荷载数据进行模型校核.研究表明:多元胞车轴模拟方法能够准确地还原车流量、车头时距、车速、车重等系列车流以及荷载参数.以1 000m虚拟加载跨径的荷载集度、支点剪力、跨中弯矩为指标,统计模拟车流和实测数据的荷载响应特性.结果显示,MCA模型的模拟结果与实际车流误差均在5%以内,相较于传统单元胞模型17%的误差,精度显著提高.     

风险矩阵评估方法研究与工程应用综述

风险矩阵评估方法简便易用,在工程领域内应用广泛,但其有效性也一直备受质疑.研究分析了风险矩阵评估方法中风险概念的内涵,比较了协方差矩阵与风险矩阵的异同,回顾了风险矩阵评估方法的起源,并给出了风险矩阵的基本数学模型,从而明确风险矩阵评估方法的几个理论问题.针对风险评估结果准确性问题,尝试提出了“不稳定性”的评价指标,并明确了风险矩阵评估方法不稳定性在工程应用中的涵义.基于数学模型,探究了风险矩阵构建过程、风险结和矩阵评价形式等不稳定性的来源.最后,总结了对风险矩阵评估方法不稳定性的认知角度和控制对策,建议了未来的发展方向.