大件運(yùn)輸中公路橋梁沖擊系數(shù)產(chǎn)生機(jī)制及可靠度評估研究.pdf

1、隨著我國公路大件運(yùn)輸事業(yè)的日趨繁榮，公路橋梁的安全運(yùn)行受到了越來越大的挑戰(zhàn)，如何建立一套快速有效的大件運(yùn)輸公路橋梁安全評估方法就此提上日程，而對大件運(yùn)輸中公路橋梁動力響應(yīng)及可靠度的研究是橋梁結(jié)構(gòu)安全評估的基礎(chǔ)。本文對低速行駛大件運(yùn)輸車輛作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)及可靠度進(jìn)行了相關(guān)研究，主要工作及結(jié)論如下:
　　(1)采用廣義虛功原理和空間有限元法分別建立了超多自由度大件運(yùn)輸車輛和橋梁結(jié)構(gòu)的振動模型，引入改進(jìn)的擬靜力法即β-θ法對車輛

2、的振動微分方程進(jìn)行求解，利用車輪和橋面的位移協(xié)調(diào)條件實(shí)現(xiàn)振動的耦合，基于APDL語言利用ANSYS中的多點(diǎn)重啟動功能實(shí)現(xiàn)了車-橋耦合振動的求解。
　　(2)對大件運(yùn)輸中橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)和理論對比分析，并采用正交試驗(yàn)和支持向量回歸機(jī)v-SVR進(jìn)行了參數(shù)反演。橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的實(shí)橋試驗(yàn)結(jié)果和理論分析結(jié)果吻合較好。正交試驗(yàn)和支持向量回歸機(jī)v-SVR的結(jié)合明顯提高了參數(shù)反演的效率，基于v-SVR預(yù)測模型的精度能夠滿足工程需

3、要。當(dāng)大件運(yùn)輸車輛以6.2km/h的低速通過橋面不平度為B級的簡支板橋時(shí)，其實(shí)測沖擊系數(shù)仍然達(dá)到0.119，不可忽略，在對大件過橋進(jìn)行安全評估時(shí)，即使運(yùn)輸車輛以低速通過，也應(yīng)考慮車輛荷載的沖擊作用。在滿足交通安全的前提下，不應(yīng)過度限制運(yùn)輸車輛的速度，對橋面進(jìn)行平整度處理是降低車輛沖擊效應(yīng)的有效方法。
　　(3)采用傳遞矩陣法推導(dǎo)了國際平整度指數(shù)IRI的計(jì)算公式并對國際平整度指數(shù)與車輛行駛速度的關(guān)系進(jìn)行了分析。基于Wiener-Kh

4、intchine定理，本章從理論上建立了國際平整度指數(shù)IRI與路面功率譜密度PSD之間的關(guān)系，并利用三角級數(shù)法推導(dǎo)出適用于大件運(yùn)輸?shù)退傩旭倵l件下的一維路面和二維路面重構(gòu)公式。
　　(4)利用正交試驗(yàn)法識別出大件運(yùn)輸中影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的主要因素，即混凝土彈性模量、橋面平整度等級、車輛行駛速度和結(jié)構(gòu)瑞利阻尼常數(shù)。通過對車-橋耦合作用力各組分的分析，揭示了橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的產(chǎn)生機(jī)制。混凝土彈性模量和結(jié)構(gòu)瑞利阻尼常數(shù)主要影響橋梁結(jié)構(gòu)的

5、動力特性，是影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的內(nèi)因;橋面平整度等級和車輛行駛速度主要影響車-橋耦合作用力，是影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的外因。
　　(5)橋面不平度的分布形式對沖擊系數(shù)的影響較大，利用基于國際平整度指數(shù)IRI的橋面不平度重構(gòu)公式和對沖擊系數(shù)概率性的研究，推導(dǎo)得到了基于IRI的沖擊系數(shù)擬合公式。隨著國際平整度指數(shù)IRI的增大，即橋面狀況的變差，橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)呈直線增長。
　　(6)考慮大件運(yùn)輸?shù)退偻ㄐ泻蜆蛄航Y(jié)構(gòu)抗力退化的特點(diǎn)

6、，采用基于Matlab優(yōu)化工具箱的結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法，建立了橋梁結(jié)構(gòu)抗力、恒載效應(yīng)和活載效應(yīng)的概率分布模型，在對抗力衰減函數(shù)分析的基礎(chǔ)上提出了較為實(shí)用和可靠的大件運(yùn)輸公路橋梁時(shí)變可靠度分析方法。大件運(yùn)輸考慮沖擊系數(shù)后，橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度會下降，隨著IRI的增大，結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)逐漸變小。結(jié)構(gòu)加固會明顯提高大件運(yùn)輸中公路橋梁的可靠度，增設(shè)彈性支承方法對于橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的影響與彈性支承的剛度密切相關(guān)。
　　(7)提出了大件運(yùn)輸中公路橋梁的