大跨徑多塔纜索承重橋樑車輛荷載模型

《大跨徑多塔纜索承重橋樑車輛荷載模型》是依託同濟大學，由阮欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大跨徑多塔纜索承重橋樑車輛荷載模型
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：阮欣
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

車輛荷載是影響大跨徑多塔纜索承重橋結構體系安全和最佳化的關鍵問題，現有基於影響線確定載入範圍及均布載入的荷載模型，未能客觀反映實際運營過程中車輛和車列隨機性的影響，制約多塔纜索承重橋樑設計和體系最佳化，亟待改進。本研究將首先基於對動態稱重數據的統計和分析，完善和建立車輛和車列隨機性數學模型，使其符合我國高速公路特性；編制可模擬各種情況的隨機車流荷載生成程式；然後對多塔纜索承重橋進行隨機車流載入，揭示其結構回響與車輛隨機作用之間的科學規律，建立準確反映這一規律簡化模型；研究基於短時數據外推和基於長時數據統計的隨機回響極值推定方法，科學推定結構回響和設計車輛荷載的極值；最終建立基於性能設計理論的大跨徑多塔纜索承重橋車輛荷載模型。研究成果將有效改進和補充多塔纜索承重橋設計車輛荷載；探索多塔纜索承重橋結構體系最佳化的潛在方向；也將是橋樑性能設計理論方法的重要組成部分，具有重要的科學意義和廣泛的套用價值。

結題摘要

精確的車輛荷載模型對大跨多塔纜索承重橋結構設計、狀態評估和管理養護等至關重要，目前國內外規範模型均無法準確描述和表達多塔纜索承重橋複雜的車輛回響特性，如長載入區間、多車道干擾以及複雜影響面等。 研究首先基於實測的多車道高速公路WIM數據，統計分析了多車道車輛（車重、軸重、軸載比、車速等）和車流（交通流量、密度、組成、車輛到達、多車道分布）等特性參數，建立和完善了我國高速公路車輛和車流的隨機數學模型，編制了隨機車流（荷載）生成程式RTFS，能基於給定交通狀態和參數，生成任意周期的車流荷載；結合實測WIM數據進行了校核，驗證了RTFS合成車流的可靠性和準確性。多車道車輛及荷載研究也表明，我國公路的多車道交通及荷載特性顯著差別於國外經驗，在規範層面不能簡單借鑑國外模型。 極值外推是利用短時車輛數據預測長回歸周期荷載回響極值的關鍵數學方法。研究從數據有效利用率、方法客觀性、外推效率及準確性等角度，深入比較了主要極值外推方法的適用性，明確了底分布尾部數據走勢和基礎數據量（至少應選用21天實測數據）對於外推結果的重要性。研究提出了修正的經驗極值外推方法，這種方法能較好地兼顧數據利用率、計算精度和效率，特別適用於多塔纜索承重橋的多車道長載入效應的外推。 提出了一套基於影響線有效載入區域、正負影響極值和正負影響面積比等指標的結構效應分類方法，從而實現了對多塔纜索承重橋的車輛回響特性的系統描述。採用合成隨機車流對多塔纜索承重橋關鍵效應進行不同車流及交通狀態的載入計算，基於總體效應、局部效應和不平衡載入敏感性等概念，科學揭示了結構回響與車輛隨機作用之間的規律。研究表明，隨機車流作用下結構回響遠小於規範標準（10%~85%）；各荷載效應的回響極值呈現與交通參數（日均交通流量和重車比率等）和車輛運行狀態顯著的正相關特性；不平衡載入敏感性不同的荷載效應在回響極值規律方面具有顯著差異。 創新了車輛荷載形式、布置方式及組合方法等，由此提出了考慮重車混入率、日均交通量和交通狀態的修正影響的多塔纜索承重橋汽車荷載模型，並校核了相關計算和組合係數，從而建立了基於性能設計理論的車輛荷載模型。 項目研究成果實現了對於多塔纜索承重橋的實際車輛荷載回響更準確的描述和全面的表達，為此類結構的設計、管養評估等提供了關鍵的基礎模型和科學方法。