考虑区分车辆运行状态的桥梁车载统计分析及模拟

动态称重系统作为桥梁结构健康系统的重要组成部分之一,能提供丰富的车辆荷载监测数据,在此基础上建立能反映实际交通状况的车辆荷载模型,对桥梁结构的安全评估、车致疲劳分析等具有重要意义。提出一种能考虑区分车辆运行状态的随机车流模拟方法和流程,在车辆荷载统计分析过程中通过各时段的车流量密集程度区分车辆运行状态,针对不同运行状态,引入单峰和多峰概率分布模型,对车重、车速、车间距等车辆荷载统计参数进行概率拟合,通过K-S检验获得车辆荷载参数的最优概率分布;通过Monte Carlo抽样模拟随机车流,进而分解为随机加载流;基于某实际桥梁的车辆荷载监测数据,对车辆荷载模拟方法的合理性进行验证。结果表明：采用区分车辆运行状态模拟的随机车流对桥梁结构进行加载,获得的钢箱梁跨中底板应力幅值和应力循环次数与实际车流加载结果接近。相比之下,如果不考虑区分车辆运行状态,得到的应力幅值和循环次数都明显小于实际车流的加载结果,这对于桥梁结构的车致疲劳分析偏于危险。     

蒙特卡洛法结构可靠性分析

在概率分析基础上提出结构可靠性的新概念、新原理、新方法与衡量标准,综合考虑结构物中多种不确定因素,从而对结构物的安全性进行评价。蒙特卡洛法结构可靠性分析是通过随机模拟和统计试验来求解结构可靠性的近似数值方法。首先介绍如何利用蒙特卡洛法对所取的荷载和材料参数进行模拟,产生其各自的随机数,然后用蒙特卡洛法计算结构的失效概率。该方法回避结构可靠性分析中的数学问题,具有直接解决困难的能力。     

在役预应力梁桥承载能力可靠性评估

根据预应力混凝土桥梁的几何尺寸、材料强度和计算模式不定性系数的统计参数,采用蒙特卡洛方法模拟了预应力混凝土梁桥抗弯承载能力和抗剪承载能力的统计参数;在考虑结构构件抗力、恒载效应、车辆荷载效应、横向分布系数和车辆荷载冲击力的随机性的基础上,建立预应力混凝土简支梁桥的抗弯和抗剪承载能力极限状态方程,采用JC方法计算可靠度指标。对一座既有预应力混凝土桥梁进行承载能力可靠性评估并对影响可靠度指标的随机变量（恒载、车辆荷载、横向分布系数、冲击系数）进行了敏感性分析,结果表明：恒载效应的随机性对可靠度指标影响很小,车辆荷载效应、横向分布系数、冲击系数的随机性对可靠性指标影响较大且依次加大。     

G104国道卡车荷载概率特性分析

为了解决我国一级公路卡车荷载概率分布特性的问题,以G104国道289 d的动态称重数据为基础,采用多峰正态分布模型及多重指数分布模型,分析包括车质量、轴质量、轴距车速等参数在内的卡车荷载概率特性,得到各车辆荷载参数的概率分布类型及分布参数,并确定了G104国道代表性卡车车型.结果发现:采用多峰正态分布可以准确描述除卡车车头时距之外的其他车辆荷载参数分布,三重指数分布可准确描述卡车车头时距概率分布.G104国道卡车主要包括9种典型卡车车型,其中以2轴卡车为主,半挂卡车所占比例相对较小,半挂卡车显著车型为6轴V8卡车,且该车型平均装载质量、最大车质量均明显高于其他车型.     

公路桥梁车辆荷载的双峰分布概率模型

为了解决我国一级公路卡车荷载概率分布特性的问题,以G104国道289 d的动态称重数据为基础,采用多峰正态分布模型及多重指数分布模型,分析包括车质量、轴质量、轴距车速等参数在内的卡车荷载概率特性,得到各车辆荷载参数的概率分布类型及分布参数,并确定了G104国道代表性卡车车型.结果发现：采用多峰正态分布可以准确描述除卡车车头时距之外的其他车辆荷载参数分布,三重指数分布可准确描述卡车车头时距概率分布.G104国道卡车主要包括9种典型卡车车型,其中以2轴卡车为主,半挂卡车所占比例相对较小,半挂卡车显著车型为6轴V8卡车,且该车型平均装载质量、最大车质量均明显高于其他车型.

     

桥梁工程可靠度2020年度研究进展

由于自身固有属性的不确定性以及所处环境的复杂性,桥梁在设计、施工、运营等不同阶段都需要具备足够的可靠性。为了解2020年桥梁工程可靠度研究与应用的最新动态,查阅文献并对相关理论方法、不同阶段或环节的科研内容和成果进行归纳。在桥梁可靠度理论和方法方面,引入GPR模型、径向基神经网络等方式得到隐式结构功能函数,引入Copula理论把握多失效模式概率的关系;采用概率可靠性和非概率可靠性方法、蒙特卡罗数值模拟、时变可靠度理论等进行可靠性评估。既有桥梁的技术状况及可靠度仍然是桥梁工程领域研究的热点,自然环境条件下桥梁抗力与外荷载的时变模型是桥梁时变可靠度分析与寿命预测的重点。可靠度理论及分析方法在桥梁工程设计中得到逐步的发展,考虑动态荷载作用随机性与结构参数随机性的动力可靠度研究与应用越来越多。     

粘钢加固受弯构件非概率可靠性分析

粘钢加固混凝土梁,因其施工简便,性能好,在桥梁加固改造工程中广泛使用,《公路桥梁加固设计规范》JTG/T J22-2008也给出计算公式和构造措施.基于概率理论的可靠性分析需要充足的参数样本,且对参数取值的变化极为敏感.混凝土桥梁加固的参数不足,概率可靠性分析存在不合理性.非概率可靠性分析不需要概率分布,只需参数的取值范围.本文运用非概率可靠性理论,依据粘钢结构的失效准则,建立极限状态方程,对受弯构件进行非概率可靠性分析,说明加固的有效性和可靠性,使粘钢加固结构可靠性分析也能建立在合理的可靠度理论基础之上.     

概率模型参数区间变化的在役桥梁可靠性评估

建立了随机变量参数区间变化的在役桥梁可靠性评估模型,从而验证参数的小变化对在役桥梁可靠性评估的影响.通过实践工程表明,随机变量参数的小偏差,对评估结果影响较大,若以工程界接受的5%的偏差为例,计算发现,最大失效概率是最小失效概率的6 248.8倍.因此,在役桥梁中,概率分布不明确时,不能按设计参数进行可靠性评估,而应根据实测资料进行概率分布统计.由于受经费及测量手段的限制,很难得到精确的概率分布函数,建议采用区间变量的非概率可靠性进行在役桥梁的评估.     

某下承式拱桥车振动力性能分析

为研究下承式拱桥在移动车辆荷载作用下的动力性能,对某下承式拱桥建立三维有限元模型,并通过环境振动试验对该桥进行模态参数识别,以此验证有限元模型的可靠性。在不同车速荷载作用下对该桥梁的动力响应进行了对比分析,并在此基础上采用狄克曼舒适度评价指标对桥梁进行车振舒适度评价。结果表明:冲击系数的大小不仅和结构基频有关,还与车辆的行驶速度有关,车速越大冲击系数越大;桥梁的横向舒适性较好,竖向舒适性较差。       

中美超重车辆认定标准对比

为检验我国现有超重车辆认定标准的合理性,采用美国桥梁限载分析方法对中国的典型车辆模型进行校准。首先,以美国桥梁限载公式为基础,系统分析桥梁限载公式的基本形式及限载计算方法;其次,介绍中国现行超重车辆认定标准;最后,选取《公路桥梁汽车荷载标准研究》中典型车辆模型,采用美国桥梁限载公式对中国的典型车辆进行限载分析。结果表明:在对桥梁限载分析时应同时考虑车辆的轴载与轴距参数;我国超重车辆认定标准尚不规范,典型车辆的车货总重限值、双联轴载限值与三联轴载限值高于美国桥梁限载的界定标准;建议我国超限车辆认定标准采取考虑轴载与轴距参数的车辆荷载限值。     

组合拱式管桥单项可靠指标的建立

本文探讨了组合拱式管桥截荷效应组合和结构构件抗力统计分析问题，建立了组合拱式管桥结构构件的失效准则，运用一次二阶矩中心点法推导出相应单项可靠指标的计算公式，这些公式可作为组合拱式管桥可靠性分析与设计的参考。     

混凝土断裂能的统计模型和标准值研究

采用三点弯曲法测定不同工况的混凝土断裂能,并就其中一个工况进行大样本试验。根据试验和收集文献中的数据建立断裂能基于混凝土强度和粗骨料最大粒径的双因素统计模型,将该统计模型与其他统计模型对比发现,其预测能力更好。应用统计分析软件SAS针对选用工况的试验数据进行了4种概率分布、5种拟合优度检验,得到该工况断裂能最符合的概率分布为对数正态分布,从而计算得到具有95%保证率的断裂能标准值GFk=66.0 N/m。     

响应面方法及其在桥梁体系可靠度分析中的应用

提出将响应面方法和非线性有限元分析结合起来对桥梁上部结构的体系可靠度进行分析的新方法.首先,在试验设计的基础上应用通用的非线性有限元分析程序对桥梁结构进行体系承载力极限分析,然后,利用响应面方法推求桥梁结构体系承载力的响应面,最后利用可靠度分析程序计算桥梁结构的体系可靠度指标和失效概率.通过对一单跨叠合桥梁进行算例分析,证明了所建议方法的有效性.     

基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度研究

目前桥梁可靠度分析中缺乏对桥梁实际失效模式的分析和资料,使得传统的体系可靠度分析思路对桥梁进行评估带有很大的不确定性,因而本文根据桥梁结构可靠度理论与结构地震易损性的研究现状,并结合传统可靠度分析中的现有观念与常用方法,提出了基于结构易损性分析的公路桥梁可靠度方法.该方法利用结构易损性分析的优势,根据选定的损伤准则来计算结构不同构件在随机荷载下的失效概率,能够给出结构各个构件的易损性曲线来判定出结构的最不利位置,从而为随后的结构体系可靠度分析提供便利.本文以地震荷载为例,给出了基于结构易损性分析思路的桥梁可靠度分析实例,以便具体地阐述这种思路.     

剪力作用下配筋混凝土砌体墙的可靠度分析

针对水平剪力作用下配筋混凝土砌块墙体的抗剪承载力可靠度水平,提出其可靠度计算模型与方法,该方法考虑了模型误差的分布形式、灌孔混凝土砌块砌体的抗压强度、活荷载类型、荷载效应比、墙体内水平钢筋的配筋率、墙体截面高度、墙体的竖向荷载以及剪跨比等影响因素.通过受剪墙体的试验数据统计与分析,确定Lognormal为最佳的可靠度模型误差概率分布形式;可靠度计算结果表明:模型误差的概率分布形式对配筋砌块墙体抗剪承载力的可靠度指标影响最大,其中Lognormal、Gamma和Gumbel分布下的可靠度指标皆大于或接近目标可靠度3.7,而Normal和Weibull分布下的可靠度结果小于3.7.     

Real-time reliability assessment based on acceleration monitoring for bridge

Bridge health monitoring (BHM) has become increasingly significant in the life-cycle of the structure such as maintenance, repair and rehabilitation. It is necessary to use BHM information efficiently to assess the working conditions of the bridge. The main objective of this study is to develop an effective method and establish a framework for the real-time reliability assessment based on BHM acceleration information. The first-passage probability and its further development have been proposed to assess the reliability probability. The first-passage probability shows the probability of that a scalar process exceeds a designated threshold during a given time interval. The advantage of the proposed method is the assessment of the real-time reliability probability based on the monitoring information during an assessment reference period. Furthermore, the velocity data and displacement data are calculated from the acceleration monitoring data using the relationships between their power spectral density (PSD) functions. The real-time reliability assessment of Donghai Bridge, which is the first large scale cross-sea bridge in China, demonstrates that the proposed method is efficient and effective.     

基于Bootstrap方法的自动超声检测可靠性分析

针对我国现有检测标准缺乏检测可靠性评定规范的现状,从不锈钢对接焊缝自动超声检测入手,尝试进行了基于概率统计理论的检测可靠性分析研究.基于重抽样技术,建立了适用于小样本数据检出率计算的Bootstrap模型,利用所建模型计算得到了不同缺陷、探头及扫查参数等情况下的缺陷检出率曲线,定量分析了不锈钢焊缝自动化超声检测的各个参数对检测可靠性的影响.结果表明,所建Bootstrap模型可以用于小子样情况下的自动超声检测可靠性的定量评定,从而保证检测结果的可靠性.     

平面轨迹机构的静态综合可靠性分析

传统的机构运动可靠性研究多以各分量运动误差来建立机构运动的可靠性分析模型, 进而获得各分量误差落在允许误差范围内的概率。为获得各分量误差的综合效应, 将机构运动在每一坐标分量上的失效看作一种失效模式, 基于多失效模式提出轨迹机构的综合运动可靠性分析模型。在各运动分量的相关性分析的基础上, 采用二维正态分布导出各运动分量的联合概率密度, 最后采用数值积分方法求解机构运动综合可靠度。通过数值实例对该模型的有效性和精度进行验证, 其结果表明, 这一模型能够反映机构在整个运动区间上某指定点处整体失效情况。       

压力钢管可靠度分析基本变量的统计特性

通过对有关资料的统计分析 ,提出了钢管静水压力、水锤压力、地下埋管围岩承载率、坝后背管抗力计算模式等的统计参数和概率分布类型 ,可供水电站压力钢管可靠度分析和确定分项系数时参考