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随机车载下钢筋混凝土桥面板疲劳寿命分析方法研究

吴志文  
【摘要】:随着中国经济快速稳定的增长,中国公路承载的交通量迅猛增加,超载问题日益突出,导致车辆荷载作用下公路混凝土桥梁出现了大量的疲劳问题。在以往的桥梁结构设计中,主要是以承载能力作为桥梁结构安全的控制指标,轻视了在反复荷载作用桥梁结构的耐久性指标。工程实践表明运营条件下直接承受车辆荷载作用的混凝土桥面板最易发生疲劳损伤和破坏,从而影响桥梁结构整体的使用性能。为此,本文以混凝土桥面板为对象,开展随机车辆荷载作用下混凝土桥面板的疲劳寿命分析方法研究。首先,编制方程维度时变的随机车流与桥梁耦合振动分析程序算法。依据某公路的实际交通量观测和调查数据,将该公路上的车辆类型归纳整理,建立了典型车辆荷载库,确定了交通量统计中的主要参数,如车型比例、车辆间距和车辆轴重等所服从的概率分布,模拟生成随机交通流。采用拉格朗日原理,构建了典型车辆的运动方程。选取公路中常见简支转连续装配式预应力钢筋混凝土T梁桥,建立了其ANSYS有限元模型并进行模态分析。依托算例,分析了车辆类型、车速和桥面不平整度状况对车载下桥梁结构动力冲击效应的影响,并与规范计算结果进行了对比。然后,建立基于连续损伤力学的RC桥面板疲劳寿命分析预测模型和分析方法。研究了钢筋混凝土疲劳损伤机理,分析指出了控制桥面板疲劳破坏的主要因素。对比分析了线性疲劳损伤累积理论和非线性疲劳损伤累积理论的特点和各自优劣势。依托算例,计算得到了随机车载下桥面板疲劳热点位置的动应力时程,运用雨流计数法得到应力幅和平均应力,应用两种不同的疲劳损伤模型对桥面板进行了疲劳寿命预测分析。最后,研究了交通量增长、车辆超载和桥面状况劣化等因素对桥面板疲劳损伤的影响。采用灰色模型构建了交通量增长模型,分析了不同交通量下桥面板应力幅的变化规律和在固定时间节点改变交通量对桥面板疲劳寿命造成的影响。依据我国各主要公路的超载现状调查数据,指出各车辆类型的超载比例和超载率。提出含有超载车辆的随机车流的模拟方法,分析在该车队作用下桥面板应力幅的变化规律。分析了含有超载车辆的随机车流作用在桥梁结构使用寿命的初期和中期,对桥面板疲劳寿命的影响。调查研究桥面状况的劣化规律,按照模拟的桥面状况分析在随机车载作用下疲劳热点应力幅的改变和预测实际桥面状况下桥面板的疲劳寿命。


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