大件运输过桥技术研究

大件运输在陆运时常见的一个难题就是过桥,遇到桥梁时要根据运输设备重量和车辆轮轴分布状况校核桥梁的通行能力。本文以施工实例介绍一种全新的大件运输过桥技术,比以往加固桥梁的做法更加便捷。     

考虑非平稳因素的混凝土桥梁概率极限状态评估

为建立混凝土桥梁构件的概率极限状态评估方法,借助等超概率原则分析我国在役桥梁构件评估周期及评估基准期,引入个体风险准则、社会风险准则、生命质量指标及成本优化方法确定构件运营阶段目标可靠指标,分别考虑非平稳及平稳概率模型进行荷载效应及抗力评估值确定,基于可靠度理论开展运营阶段评估分项系数校准,并以一座在役桥梁为例进行算例分析。结果发现:考虑我国在役桥梁运维实际情况,构件评估周期、评估基准期可分别取为6年、10年;对于一级、二级、三级延性破坏构件,评估目标可靠指标分别建议为3.37、3.13及2.85;采用一般运行状态或密集运行状态下平稳车辆荷载效应模型进行评估时,评估标准值可分别取为设计汽车荷载效应的0.705倍及0.805倍,考虑非平稳车载过程进行评估时,可在连续非平稳过程离散化的基础上,引入动态广义极值模型确定评估基准期内荷载效应最大值分布,并以0.95分位值作为评估标准值;对于重要性等级为一级的延性构件,恒载效应及抗力评估分项系数分别建议为1.056与1.194,一般运行状态与密集运行状态汽车荷载效应评估分项系数建议值分别为1.081与1.054,研究成果可为现行桥梁构件安全评估方法修订提供参考。     

大件运输车-桥耦合动力学分析

特殊大件运输车货质量可达千吨,在判断大件运输车辆能否安全通过桥梁时,以桥梁跨中挠度作为评判标准关键指标。该文以四川德阳市石亭江大桥为例,采用Auto CAD软件对大桥进行建模,而车辆的模型以尼古拉斯全液压平板车组为模版进行建模,然后在ADAMS软件中对车辆与桥梁进行耦合动力学分析,研究不同轴数、轴距、轴线载荷的大件运输车辆通过桥梁时桥梁跨中挠度的变化情况。建立的模型和分析结果可以用于预估大件运输车辆通过桥梁时的跨中挠度,为大件运输车辆桥梁通过性提供定量分析方法。     

公路桥梁限载标准的可靠性分析方法

基于结构可靠度理论,建立了公路桥梁不同可靠水平下的车辆荷载限载标准。根据公路桥梁抗力及荷载效应概率分布函数与统计参数,采用最基本荷载组合形式与不同的活恒载标准值效应比值,从设计可靠水平与最低容许可靠水平两个层次,分别计算了按新老规范设计桥梁的超载影响系数。在此基础上,以三轴载重汽车和五轴载重汽车为不同汽车运行状态下的标准限载车辆模式,提出了基于典型限载车辆模式的公路桥梁安全限载标准与最大容许限载标准。最后,考虑实际抗力水平的差异,给出了基于不同规范设计桥梁限载标准的分析方法。研究结果表明,该文提出的基于可靠性的公路桥梁限载标准,与现行规范衔接紧密,可作为公路桥梁限载与超重运输通行审核的依据。     

考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析

侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明:车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。     

公路混凝土桥涵设计规范设计表达式可靠指标的误差及改进

我国现行公路桥梁结构设计规范采用分项系数法。用几个分项系数建立的设计表达式在不同材料、受力状态、荷载比等条件下的最小可靠指标与目标值间有不同误差。该文用一次可靠度方法(FORM)计算了现行规范的各类构件各种设计表达式的最小可靠指标,发现对不同材料、受力状态、荷载比的误差达2.98,此误差还受材料等级、配筋率、偏心距的影响。因此它们不能用来评定即有桥梁结构,也不能做出具有均衡安全度的加固设计。该文全面考虑上述6项因素的影响,细化回归了各分项系数,使可靠指标误差在±0.1范围内。使用新的分项系数,这些设计表达式可以用于评定和加固旧桥。     

基于可靠度的FRP筋材料分项系数的确定

基于中国混凝土结构设计资料以及构件几何尺寸与材料力学性能的概率统计参数,建立了FRP筋混凝土梁受弯正截面承载力的计算公式,并采用验算点法计算了在六种荷载效应比情况下的受弯承载力可靠指标平均值,最后在考察FRP筋材料分项系数对可靠指标平均值影响的基础上,建议GFRP筋和CFRP筋的材料分项系数统一取为1.25。可靠度分析表明:过于保守的FRP筋材料分项系数只能使得截面发生混凝土破坏模式的概率增大,而这种破坏模式对应的可靠度水平基本与FRP筋材料分项系数无关,因此只能造成巨大的材料浪费。截面的设计破坏模式与实际破坏模式不完全一致,这种不一致现象存在的范围随着FRP筋材料分项系数的增大而扩大。     

钢结构吊车梁疲劳可靠性分析与评估

通过钢结构吊车梁实测资料与以往疲劳试验资料进行统计分析,提出了荷载与抗力的统计参数,用一次二阶矩方法对钢结构规范中规定的8类连接和构造形式的疲劳可靠性进行了校准分析,根据计算结果给出疲劳目标可靠指标的建议值与分项系数的设计表达式。最后通过算例验证该评估方法的应用,可作为在役钢结构吊车梁疲劳可靠性检测评估的一种方法。     

温度作用概率分布与可靠指标研究

选取中国六大区域的代表性城市,对1970年-2019年50年期间的气象温度记录进行统计分析,确定基本气温的概率分布。考察合龙温度的取值规律,确定合龙温度的允许波动区间。根据基本气温与合龙温度的概率分布函数确定正、负温差,通过数理统计方法得到温度作用的分项系数与组合值系数。针对各类结构构件不同受力状态,采用一次二阶矩法计算温度作用分项系数与组合值系数的可靠指标,考察温度作用分项系数与组合值系数取值的合理性。分析结果表明：中国最高温度月的月平均最高气温和最低温度月的月平均最低气温均服从极值I型分布。合龙温度宜接近常年平均气温,在允许的波动区间内近似为均匀分布。温度作用分项系数随着合龙温度区间加大而增大,组合值系数随着合龙温度区间加大而减小。随着温度作用增大,其分项系数的可靠指标先增大、后减小,组合值系数的可靠指标逐渐减小,分项系数取1.5、组合值系数取0.6时,可以满足相应可靠指标的要求。     

沥青路面平整度分析及控制措施探讨

沥青路面平整度不仅关系到行车的安全性和舒适性,还会影响车辆的燃料消耗、轮胎磨损、运输时效等指标,它是评定路面质量和使用性能的主要指标。本文通过施工的整体实践经验,分析了影响沥青路面平整度的因素,并就如何对沥青路面平整度进行控制提出了采取相应措施。     

交通量持续增长下大跨桥梁时变极值外推分析

随着交通运输行业的迅速发展,持续增长的交通荷载逐步成为威胁既有桥梁运营安全的重要因素。为了研究现有交通荷载持续增长对大跨桥梁安全水平的影响,提出考虑交通量区间增长的车载效应极值外推方法,采用基于"时间离散"和"极值概率串联"的改进Rice公式捕捉交通量持续增长导致极值概率的时变特征,由两个数值算例验证考虑交通量增长的时变极值外推的精确性。基于某高速公路实测车流数据模拟了随机车流,预测了车流量线性增长下悬索桥运营期内的最大位移。研究结果表明:交通量增长导致荷载极值时变特征显著,基于独立同分布假定的经典极值理论与Rice公式均无法准确地对拟合高尾极值,而改进Rice公式可精准拟合并外推极值;在交通量年增长系数为1%~3%时,某悬索桥设计基准期内的车载效应放大系数为1.30~1.98;若交通量年增长系数大于3%,则该桥梁1000年重现期的最大位移将大于设计标准值。     

论在桥梁工程中应用可靠性理论的几个问题

对结构动力可靠度理论在最近几十年的进展作了评述。讨论了桥梁结构在动力激励包括车辆、风、地震作用下的安全度与使用可靠性评估,并与首超失效问题作了比较。提出铁路桥墩在地震作用下损伤评估的实验方法并作了讨论。     

考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度分析

近年来,我国有大批桥梁得以新建。与此同时,日益增加的车辆荷载使得在役桥梁面临着更大的服役风险。在已有研究中,桥梁结构的可靠度评估将车载随机过程看作平稳泊松过程,且假定荷载效应概率模型在评估期内独立同分布。历史数据表明,我国的汽车荷载存在明显的逐年增加的趋势,随时间不再服从同一分布,已有方法也不再适用。为此,该文改进了已有方法,提出了考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度评估新方法。算例表明,改进的方法简便易行,结果准确。已有方法可看作是该文改进方法的特例。随后,利用这一方法研究了结构可靠度对车载随机过程参数的敏感性。结果表明,车载随机过程参数对结构可靠度的影响显著。在20年的评估期内,均值每年增加1.1%或标准差每年增加1.3%,都会造成结构的失效概率增大两倍。     

泰州大桥中间塔鞍座抗滑安全评估

在分析鞍座抗滑机理的基础上,建立了基于最大静摩擦系数的三塔悬索桥中间塔鞍座抗滑基本评估模型,并发展了多种鞍座抗滑评估方法。包括基于目前使用的设计规范评估鞍座抗滑安全的确定性方法;基于静态车辆数据合成随机车流,并利用Rice公式外推其荷载效应极值,进而研究鞍座抗滑安全性能的评估方法;以及基于车辆荷载效应和抗力概率模型的鞍座抗滑概率评估方法。用上述三种方法分别对泰州大桥鞍座抗滑安全性进行全面评估,表明泰州大桥中塔鞍座抗滑安全可靠。     

基于概率断裂力学的老龄钢桥使用安全评估

我国交通线上存在大量老龄钢桥,这些老龄钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命已受到桥梁管理部门的高度重视。为确保老龄钢桥的使用安全,避免不必要的维护与更换,建立老龄钢桥疲劳剩余寿命与使用安全评估方法十分必要。建立了反映老龄铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型,给出了用于疲劳可靠性分析的极限状态方程,合理确定了随机变量的参数取值。建立了铆接钢桥构件单角钢概率疲劳破坏模型,基于MonteCarlo算法实现了铆接钢桥构件单角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序SAPFF。进而将铆接构件概率断裂模型应用于上海市浙江路桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了浙江路桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策。     

Transition from partial factors method to Simulation-Based Reliability Assessment in structural design

Advances in computer technology and simulation techniques allow for considering a transition from semiprobabilistic structural reliability assessment concepts, such as partial factor design (PFD), to a fully probabilistic concept applicable in design practice. Referring to the proposed Simulation-Based Reliability Assessment concept (SBRA), reengineering of the reliability assessment process is discussed. The SBRA concept corresponds to the limit states philosophy. The input variables are expressed by bounded histograms, the loads are represented by load duration curves and the Monte Carlo method-based computer programs nad modern PC are used for analyzing the reliability functions containing random variables. The reliability (that is, safety, durability and serviceability) is expressed by probability of failure P_f. Using selected examples and a parametric study, the potential, efficiency and advantages of the proposed method applicable in design practice are illustrated.     

基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究

将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合,形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型;提出了MSCA实现车桥动力分析的思路和方法,并进行了程序开发;通过具有实测时程动态挠度的工程算例,验证MSCA实现车桥耦合动力分析的准确性;将MSCA用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中,论证基于MSCA的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。研究结果表明:工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性,最大误差仅为11.6%;斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示,两者具有很好的一致性,随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著,说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。该研究进一步拓展了MSCA在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力,为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。     

Strengthening of Garudchatti bridge after failure of Chauras bridge

Two continuous lattice steel truss bridges spanning 190 m with subdivided top chord members were constructed on the same design across river Alaknanda at Dugadda and Srinagar, respectively, in Uttarakhand, India. Both bridges were similar in design and geometry having middle span of 110.0 m and two end spans of 40.0 m. Garudchatti bridge at Dugadda was constructed first and opened to traffic, but excessive vibrations and lifting of end supports under live load condition were observed. Construction of Chauras bridge at Srinagar started later, but it collapsed during casting of the deck slab due to buckling of one of its top chord compression members. Failure of Chauras bridge led to the serious concerns in the minds of people and technocrats about the safety of Garudchatti bridge also, because it was constructed using the same design of Chauras bridge. Therefore, it was decided to strengthen and carry out load testing of Garudchatti bridge before reopening to the traffic.In the present work analyses of Garudchatti bridge are presented to identify structurally unsafe members for most severe live loads given in IRC:6-2010 code, and recommendations for strengthening of the critical members. Finite element space frame analyses of the bridge were carried out using STAAD Pro. v8i software to find excessively stressed members beyond their permissible stress limit. The critical compression members were strengthened by welding additional channel sections. RCC anchor blocks were constructed to restrict lifting of end supports under live load. After strengthening, load testing of the bridge was performed to ensure the safety of the bridge. The bridge is now reopened for traffic.In the past a number of bridges have collapsed during load testing. In case of any shortcoming in the design or overloading during load testing, compression members of the truss may suddenly buckle and cause collapse of the bridge. Therefore, it is not advisable to load test steel truss bridges which do not have adequate margin beyond the service load condition.     

Estimation of cable safety factors of suspension bridges using artificial neural network‐based inverse reliability method

The design of the main cables of suspension bridges is based on the verification of the rules defined by standard specifications, where cable safety factors are introduced to ensure safety. However, the current bridge design standards have been developed to ensure structural safety by defining a target reliability index. In other words, the structural reliability level is specified as a target to be satisfied by the designer. Thus, calibration of cable safety factors is needed to guarantee the specified reliability of main cables. This study proposes an efficient and accurate algorithm to solve the calibration problem of cable safety factors of suspension bridges. Uncertainties of the structure and load parameters are incorporated in the calculation model. The proposed algorithm integrates the concepts of the inverse reliability method, non‐linear finite element method, and artificial neural networks method. The accuracy and efficiency of this method with reference to an example long‐span suspension bridge are studied and numerical results have validated its superiority over the conventional deterministic method or inverse reliability method with Gimsing's simplified approach. Finally, some important parameters in the proposed method are also discussed. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.