多事件混合影响的桥梁车辆荷载效应组合极值预测

为解决受多事件混合影响的桥梁车辆荷载效应不满足独立和同分布假定,导致预测极值不准确的问题,提出采用共同阈值,改进组合广义帕累托分布(CGPD)极值预测模型,以适应采用任意尾部逼近函数预测基于事件分类的超阈值样本极值.对CGPD模型的关键问题,如超阈值样本的时间独立性检验、阈值选取和GPD参数估计,分别提出基于自相关系数的采样间隔法、基于K-S优度检验的自动计算法和概率权重矩法的实用解决方法.通过具有理论解的数值算例验证改进CGPD模型及其实用解决方法的准确性,并将CGPD方法应用于中小跨径桥梁和大跨径桥梁车辆荷载效应的极值预测中.结果表明:所提实用解决方法具有很好的应用效果,计算精度高,这些方法是CGPD应用的关键.数值算例验证了CGPD能精确预测受多事件混合影响的样本极值,与理论解的误差在3%以内,而采用传统混合数据的单一广义帕累托分布(SGPD)进行外推会产生很大偏差.中小跨径桥梁车辆荷载效应可以基于参与加载的货车数量划分加载事件,大跨径桥梁车辆荷载效应则可以根据时均交通量和时均货车比率划分时段形成不同加载事件,应用CGPD方法均能简单而方便地获取任意重现期的桥梁车辆荷载效应极值,而传统SGPD方法会形成显著的估计偏差,高达13.7%.     

用于大跨度桥梁承载力评估的车辆荷载修正方法

为了对大跨度桥梁的承载能力进行合理评估,提出了一种基于现场交通流量调查信息的车辆荷载修正方法.将车质量概率密度分布等效为多峰正态分布,采用滤过Poisson随机过程模拟评估桥梁的车辆荷载效应,分析了平均日交通流量、车速和车辆类型组成比例对车辆荷载效应的影响.结果表明,不同交通状况下的车辆荷载效应与设计值相差很大.对设计基准期内的最大荷载效应进行了预测,给出了具有95%保证率下的车辆荷载修正系数.最后以某混凝土斜拉桥为例,详细阐述了该方法的使用过程.     

一种混凝土箱梁桥的可靠性评估方法

为评估混凝土箱梁桥正常运营期间的安全状态,基于桥梁健康监测数据与可靠度理论,以混凝土抗拉强度标准值为抗力,车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应为荷载效应,建立正常使用极限状态方程.对于实桥监测的综合荷载应变响应,利用经验模态分解方法提取箱梁顶底板应变响应的温度趋势项,并对车辆荷载响应和竖向温度梯度响应进行概率密度函数拟合;对非正态分布的荷载效应当量正态化,计算最不利组合下箱梁跨中截面顶底板的失效概率.结果表明:监测的车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应的概率密度函数均不满足正态分布,采用广义极值分布具有较好的拟合效果;箱梁顶底板的失效概率均小于1%,并在车辆荷载和竖向温度梯度的共同作用下,底板的失效概率显著升高.     

基于交通调查的重载交通公路桥梁设计车辆荷载探讨

车辆荷载是公路桥梁设计的重要依据和技术指标,直接决定了桥梁的承载能力和经济造价.本文从实际交通调查入手,统计分析重载交通公路上的汽车荷载轴重、轴距和相邻汽车的纵向间距,采用皮尔逊-Ⅲ型曲线进行统计分析,得出汽车队列纵向间距与相应排列图,并计算车辆的荷载效应,与现行桥梁设计规范的荷载作用效应相比较,得出重载交通公路实际车辆荷载与规范车辆荷载之间的关系.有利于合理选用重载交通公路桥梁的设计车辆荷载.     

公路桥梁车辆荷载极值模型研究

为了调查地震多发区公路桥梁的车辆荷载运行特征,通过动态称重系统记录的车辆荷载数据,得到设计基准期内的车辆荷载极值模型。基于四川筲箕湾大桥交通荷载监测子系统,统计该桥在2017年1～4月的车辆荷载数据,得到1 d、1周和1月典型车辆荷载分布规律。结果表明:车辆荷载截口尾分布不拒绝广义Pareto分布,密集运行状态下车辆荷载到达时间模型不拒绝Possion分布,一般运行状态下车辆荷载到达时间模型不拒绝Gamma分布。利用Monte-Carlo法和广义极值分布模型进行车辆荷载极值分布的求解,最终得到密集运行状态下筲箕湾大桥100年一遇的车辆荷载极值。     

混凝土桥梁变形安全监控模型研究

根据长期监测数据建立混凝土桥梁的监控模型,将监测效应量分解为车辆荷载分量、温度荷载分量以及时效分量,通过绘制各分量趋势线以定性分析和评价桥梁的健康状况,将实测值和模型的拟合值进行拟合优度检验进而确定模型精度,该方法在海儿洼大桥工程中进行了实例应用。结果表明:分离出监测效应量的显著影响因子,利用显著影响因子变化趋势能够直观反映出桥梁劣化和健康状况,就可以准确评价桥梁健康状态并找到影响桥梁健康因素的根源所在。     

既有建筑物混凝土强度时变规律研究

在荷载及环境等因素影响下,材料强度随时间而不断变化,其变化规律在既有结构鉴定、可靠度分析、后续使用年限确定及加固等方面具有重要意义。文章收集了山东地区混凝土回弹法和钻芯法的实际检测数据,通过归一化处理,可以消除结构设计强度影响,并对归一化后的数据进行了概率密度分布及混凝土强度随时间的变化规律分析。结果表明：既有建筑物混凝土强度服从正态分布,钻芯法得到的均值和标准差均高于回弹法;既有建筑混凝土强度时变模型可用二次函数表示,随使用年限的增长,其强度呈先增长后降低的态势。所提出模型与国内其他模型相比,其变化趋势基本一致,但最大值及其出现时间不同。     

罐式半挂车侧倾稳定性动态耦合仿真

针对传统罐式半挂车液固耦合困难的问题,采用等效机械摆模型模拟圆柱罐体内的液体晃动,利用Trucksim多自由度车辆模型,实现了物理学摆模型与Trucksim模型之间的数据交互。突破了以往只能在恒定加速度下进行流体仿真研究的局限性,建立了基于动态特性的罐式半挂车侧倾稳定性模型。通过Trucksim-Matlab/Simulink联合仿真,在不同工况条件下研究了变充液比情况下罐内液体晃动所带来的冲击效应对罐式半挂车整车侧倾稳定性的影响。在实时动态条件下探讨了不同充液比时,侧向加速度侧翻阈值的变化情况。结果表明:罐式半挂车辆在充液比为0.6左右时侧翻阈值最低,其液体冲击效应在车辆完成规定动作过程中以及完成规定工况后均影响明显。     

考虑轴重相关的随机车流荷载效应

为了给桥梁验算的设计荷载提供参考,基于宜泸高速WIM实测数据,分析随机车流参数尤其是轴重相关性. 应用MATLAB平台编制随机车流模拟程序,采用影响线法分析随机车流的荷载效应,探讨考虑轴重相关与不考虑时荷载效应的差别. 研究结果表明：轴重具有多峰分布的特点,轴重之间具有较强的相关性,当模拟随机车流时,若不考虑车辆参数的相关性,则会造成较大误差;采用非参数核密度估计-Copula方法,利用t-Copula函数作为连接函数的轴重联合分布函数,可以较准确地描述车辆轴重联合分布;考虑轴重相关情况下的荷载效应代表值比不考虑时高约45%,与实测车流荷载效应代表值更加接近;各车道随机车流对简支梁桥的荷载效应代表值差别不大,但均已超过现行规范公路-I级车道荷载的荷载效应,效应比最大值为1.34.     

运营荷载和地震联合作用下跨海桥梁的冲刷效应（英文）

基础冲刷是引起跨海桥梁结构破坏的重要因素。通常,跨海桥梁在恶劣的自然环境下运营,其中日常风、波浪和车辆荷载较大,地震、飓风、船舶碰撞等极端荷载更为频繁。由于基础冲刷的作用,桥梁结构在不同运营和极端荷载作用下的动力特性会进一步加剧。本文研究了运营风、波浪、车辆荷载与地震联合作用下跨海桥梁的冲刷效应。通过考虑系统内的相互作用建立了动力耦合的地震-风-浪-车-桥梁(EWWVB)动力耦合系统,并利用p-y曲线法计算不同冲刷水平下桩土的荷载-位移关系。在此基础上,对某基础冲刷作用下的斜拉桥进行了研究。结果表明,考虑桥梁冲刷后,桥梁结构的动力特性将发生变化,运营荷载和地震联合作用下的桥梁和车辆的动力行为也将受到不同程度的影响。     

应用台风风场经验模型的台风极值风速预测

为准确、高效地进行台风多发地区建筑结构设计风速的预测,利用中国东南沿海1949—2012年的台风历史数据进行了香港地区台风关键参数概率分布的研究,提出了基于新的Holland径向气压分布参数B表达式的台风风场经验模型.在此基础上结合Monte Carlo数值模拟技术,利用台风极值风速分析方法完成了不同重现期下香港地区台风极值风速的预测,并与观测数据、香港风荷载规范计算结果进行对比分析,验证了利用此台风风场经验模型进行台风极值风速预测的有效性.     

基于静载试验的某预应力混凝土连续梁桥承载力评估

以某预应力混凝土连续梁高架桥为工程背景,采用桥梁结构分析软件Midas/civil建立静载试验跨有限元模型,对比分析了静载试验荷载下各工况下截面最不利影响效应的挠度、应变实测值与理论值以及相对残余变位(应变),分析得出试验段受力或变形最不利截面的挠度、应变实测值均小于理论值,相对残余变位(应变)均小于20%,满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求,桥梁的工作状态良好,结构承载力满足汽车-超20级,挂车-120级设计荷载等级的正常使用要求。     

预应力混凝土连续梁桥结构动力特性分析

为研究车辆荷载对预应力混凝土连续梁桥桥梁动力特性的影响,利用有限元软件建立车桥耦合模型,分析车辆速度、车辆载重对预应力混凝土连续梁桥跨中截面位移和动力冲击系数的影响。研究结果表明：车辆速度和车辆载重均会对桥梁动力特性产生影响,车辆速度与桥梁动力特性间没有明显线性关系,车辆速度增大,跨中截面位移先减小后增大,桥梁冲击系数则先增大后减小;车辆载重增大,跨中截面位移和桥梁冲击系数则线性减小。研究成果可为多工况车辆荷载作用下桥梁动力特性研究提供一定参考。     

基于ANSYS的公路桥梁伸缩装置锚固区混凝土界面脱黏研究

公路桥梁伸缩装置受车辆荷载的长期冲击和环境因素变化极易发生疲劳破坏,锚固区混凝土和桥面铺装之间的界面脱黏尤为普遍。为防治"界面脱黏"病害,建立了桥梁伸缩装置锚固区的ANSYS有限元模型,通过计算6个不同位置公路-I级车辆荷载作用下桥面铺装与锚固区混凝土之间黏结界面拉应力和剪应力,分析了桥面铺装弹性模量、轮胎接触压力、水平力等因素对界面拉应力和剪应力的影响。结果表明,随着桥面铺装弹性模量的增大,黏结界面的应力逐渐减小,且黏结界面拉应力、剪应力与荷载压力值、水平力系数均呈现为正相关,其中水平力系数对界面拉应力的影响最明显,其次是车轮荷载大小。因此,选择弹性模量较大的桥面铺装材料、减小车辆超重情况及防止车辆在锚固区处紧急启动或刹车等均能延长伸缩装置的使用寿命。     

工程结构作用极值分析方法研究

由于对工程结构所承受的各类作用进行极值分析,是确定作用的设计值以及服役结构的作用评估值的重要依据,针对目前的作用极值分析方法,主要在3个方面展开了探讨,即作用的截口分布的估计、最大值分布的估计以及估计结果的不确定性的评估等,发现了这些环节所存在的一些问题和缺陷：作用截口分布的估计缺乏客观性,而且估计的准确性不足;采用随机过程模型计算作用的最大值分布是不合适的;在极值的分析中缺乏对于不确定性的必要的估计,同时也存在一些细节上的欠妥之处。最后针对主要的问题提出了建议：采用阈值模型估计作用的底分布,采用点过程模型直接估计最大值的广义极值分布,并且考虑估计的不确定性选择适当的估计。     

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。     

车辆荷载作用下简支板的振动分析

应用模态综合法,建立车-桥耦合动力平衡方程,研究在车辆荷载作用下简支板的振动。采用4节点板单元建立简支板模型,用单自由度质弹系统模拟车辆。利用数值方法分别以不同的动力响应（竖向位移、纵向应力和横向应力）计算车辆荷载动力放大系数。重点分析了车速、车道位置、宽跨比及系统频比对简支板振动性能的影响。当桥梁与车辆的频率比接近1时,车-桥系统将发生共振,但不会导致振幅的无限增大。特定条件下,车辆对结构的局部冲击效应大于总体冲击效应。     

极值风速风向的联合概率密度函数

基于最大熵原理,构建极值风速风向的联合概率密度函数,并与Copula函数建立相互关联.以我国某地的极值风数据为例,建立极值风速的Gumbel分布模型以及对应风向的二阶混合von Mises分布模型;使用非线性参数优化算法确定极值风速风向的联合分布模型.采用该模型计算各风向角下不同重现期的基本风速值,并与建筑结构荷载规范值(GB 50009-2012)进行对比.结果表明,联合分布模型能够有效表征实际风速风向的概率分布特征.分别采用Spearman秩相关系数和线性-角度变量相关系数对模型的相关性予以验证,探究模型的有效性.     

应用新数据同化算法的桥梁极值应力预测

为合理动态预测桥梁极值应力,将极值应力监测数据视为时间序列,提出桥梁极值应力预测的数据同化新方法。利用极值应力监测数据建立动态非线性模型,引入K均值聚类算法与最大期望算法,并将两者融合嵌入到高斯混合粒子滤波器,得到改进高斯混合粒子滤波算法,结合监测数据实现桥梁极值应力的动态预测,通过在役桥梁监测数据对所提算法的合理性进行验证,并与其他预测算法进行比较,结果发现改进算法更具可行性且预测精度较高。     

浅议火力发电厂结构设计的荷载效应组合

火力发电厂由于设备种类多、工艺复杂,且出现的概率也各不相同,因此需要考虑的荷载效应组合形式也比较复杂.由于相关规范所提供的荷载参数有限,在设计过程中会遇到因荷载组合不当而造成的计算结果偏差较大的情况.本文建议应根据电厂在使用年限内荷载出现的概率来确定荷载效应的组合形式,使计算结果更加合理.