运营车辆荷载发展变异及其对中小跨径拱桥受力影响的模拟分析

根据京珠高速公路南段某一收费站口的车辆荷载称重数据,分别以极值I型分布及Rice公式外推来预测在规定重现期内可能出现的车辆荷载最大值,在此基础上,对40m跨径的拱桥结构产生的拱顶正弯矩及拱脚负弯矩效应进行了计算,与现行规范中的设计荷载在桥梁上所产生效应值进行对比,旨在为我国公路桥梁车辆荷载标准的研究修订,以及车辆荷载分析提供参考。     

公路桥梁车辆荷载效应的外推计算

车辆在公路桥梁上的出现是一个随机过程,而基于可靠度理论的桥梁设计及评估工作就要求视车辆荷载为随机过程来获取其统计参数,进而估算桥梁基准期内的最大荷载效应。在无法获得桥梁设计及评估基准期内的车辆数据时,就需要利用数理统计方法,通过短时段内的车辆数据计算并外推得到基准期内的荷载效应。该研究基于极值理论,利用实测WIM数据提出车辆荷载效应外推计算方法,并建立误差检验指标。该方法显著降低数据采集时长,从数学角度有效缩短荷载的理论外推长度。通过对误差检验指标的计算,结果表明该方法外推结果与实测结果十分接近,比其他方法具有更小的相对误差,故可为桥梁设计及评估实际工作提供有益的参考。     

极值分析方法在车辆荷载评估中的应用与比较

针对现有车辆荷载安全评估中采用拟合得到的近似分布作为极值估计的底分布而导致的极值估计结果误差较大的问题,引入了极值统计的新方法,即阈值模型、次序统计量模型、点过程模型,并分别采用这些模型对广州北环高速公路的5型车车质量样本进行统计分析,得到重车荷载的概率分布尾部及最大值分布,将新方法的结果与现行方法得到的结果进行了比较。结果表明:阈值模型和点过程模型与样本的一致性较好,现行方法得到的结果与样本点相差较大,且现行方法在一定程度上低估了车辆荷载的极值。     

基于健康监测的斜拉索荷载效应分析

介绍平行钢丝智能拉索监测拉索荷载效应的原理,根据安装在国内某斜拉桥健康监测系统中的智能拉索采集的数据,系统阐述了智能拉索采集数据的处理方法,分析了拉索内车辆活荷载效应的概率分布。最后,将拉索内车辆活荷载效应随机过程简化为滤过复合Poisson过程,推导出拉索设计基准期内车辆活荷载效应的极值分布。     

大跨度斜拉桥智能拉索活荷载效应分析

文中介绍了平行钢丝智能拉索监测拉索荷载效应的原理,根据安装在天津永和大桥健康监测系统中的智能拉索采集数据,阐述了智能拉索采集数据的处理方法,分析了拉索内车辆活荷载效应的概率分布.最后将拉索内车辆活荷载效应随机过程简化为滤过复合Poisson过程,推导了拉索设计基准期内车辆活荷载效应的极值分布.     

大跨屋盖结构风洞试验的风压极值研究

大跨屋盖结构广泛被应用,风荷载是该类大跨度屋盖结构设计需考虑的一个重要的荷载。而风荷载通常基于风洞试验获取表面风压时程,进而基于表面风荷载得到极值概率模型。以1:200缩尺比的刚性模型进行多次独立重复采样风洞试验,以获得大量试验数据,用于更好地拟合极值概率分布。得出极小值更符合广义极值分布,而极大值有一部分符合极值Ⅰ型分布。根据得出的极值分布,估计出任意保证率的分位数估计极值,为大跨屋盖极值风荷载设计提供理论参考。     

基于动态称重数据的中小跨径公路桥梁车辆荷载模型研究

以某中小跨径公路桥梁为工程背景，基于动态称重（Weight in Motion,WIM）系统实测数据建立了该桥梁的车辆荷载模型。结果表明，该桥梁实际车辆荷载为设计荷载的1.18倍，外推100年设计基准期车辆荷载计算结果为设计荷载的1.62倍。所提供的研究方法对桥梁车辆荷载模型的建立具有一定的借鉴意义。     

结构的设计使用年限与结构重要性系数

根据极值Ｉ型概率分布的性质，本文以楼面活荷标准值在设计基准期内的超越概率为基准，计算了不同设计使用年限楼面活荷载分布上具有相同的超载概率的荷载值，讨论了其与结构重要性系数的关系。     

输电线路覆冰厚度的概率分布模型比较分析

根据1959~1983年间湖北恩施绿葱坡和1940~1999年间捷克Studnice覆冰观测站的年最大覆冰荷载观测数据,文章分别按正态分布、极值Ⅰ型、极值Ⅱ型和极值Ⅲ型分布以及PearsonⅢ型指数分布模型进行拟合,并采用柯尔莫戈洛夫法检验了拟合度最优的概率模型;基于拟合的各概率模型,对上述两个区域在不同重现期的覆冰厚度进行了计算分析。根据覆冰厚度概率模型拟合度检验和不同重现期覆冰厚度的计算结果,笔者建议对于重冰区的输电线路或缺少覆冰资料的地区,覆冰厚度宜采用极值Ⅱ型分布函数拟合;对于普通覆冰区的输电线路,覆冰厚度宜采用极值Ⅰ型分布函数拟合。     

民用建筑结构可靠性鉴定时可变荷载的统计分析

根据已有的民用建筑可靠性鉴定时 ,结构已使用一段时间的特点 ,其继续使用基准期内最大荷载概率分布已不同于《建筑结构设计统一标准》的荷载分布特性。本文作者推导了不同的继续使用基准期最大荷载概率分布并根据《建筑结构设计统一标准》荷载标准值取值方法 ,导出结构不同继续使用基准期的可变荷载的标准值。     

基于实测数据的某铁路钢箱梁温度特性研究

为研究铁路钢箱梁的温度特性,以某道砟铺装的铁路钢箱梁为研究对象,基于桥梁健康监测系统中的长期实测数据,采用统计分析的方法,建立了温度的概率分布模型,并确定了具有一定重现期的铁路钢箱梁温度标准值。研究结果表明:铁路钢箱梁截面实测温度服从2个正态分布的加权和,根据拟合分布得到温度标准值极大值为48.2℃,极小值为-12.0℃。研究结果可为铁路钢箱梁温度效应分析和桥梁健康监测评估提供依据,并为铁路钢箱梁相关规范编写提供参考。     

民用建筑结构可靠性鉴定暑可变荷载的统计分析

根据已有的民用建筑可靠性鉴定时，结构已使用一段时间的特点，其继续使用基准期内最大荷载纷布已不同于《建筑结构设计统一标准》的荷载分布特性。本文作者推导了不同的继续使用基准期最大荷载概率分布并根据《建筑结构设计统一标准》荷载标准值取值方法，导出结构不同继续使用基准期的可变荷载的标准值。     

基于WIM实测数据的车辆荷载效应极值的预测分析

为了研究车辆荷载的发展变异对桥梁结构的影响,基于渝湛高速公路27万多个货车的动态称重系统(WIM)实测数据,通过蒙特卡罗法生成随机车流,将其加载于虚拟简支梁结构模拟车辆荷载效应,采用阈值模型(peaks over threshold model,POT模型)预测结构未来可能出现的车辆荷载效应极值,并与实测数据进行对比验证。结果表明:上述方法能够较为合理地预测车辆荷载效应极值,而按JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范会得出偏小的结果。     

中原地区城镇住宅活荷载调查与统计

从调查中原地区城镇住宅楼面活荷载出发,阐述了建立持久性及临时性活荷载概率模型的过程。根据统计得到的房间单位面积的重量,按不同使用功能将房间分类,绘制各类房间荷载分布折线图,根据折线图形状呈左偏态的特点,假设统计荷载服从极值Ⅰ型分布,采用χ2检验法对假设的分布进行检验。结果表明,各种情况下均没有理由拒绝统计荷载服从极值Ⅰ型分布。给出了代表中原地区城镇住宅楼面持久性活荷载和临时性活荷载最大值的概率分布函数和统计参数,对编制荷载新规范具有参考价值。     

工业厂房吊车荷载的概率模型和组合方法

吊车设计使用年限越长,在实际运行中荷载最大值出现的可能性越大,在考虑其荷载效应组合时应以设计使用年限作为参数,取荷载最不利值。确定吊车荷载概率模型时,采用平稳二项随机过程理论,依据观测周期内统计所得的任意时刻的概率模型(极值Ⅰ型分布),最终确定不同设计使用年限中吊车荷载最大值的概率模型(极值Ⅰ型分布)和统计参数。随后在进行工业厂房的荷载效应组合时,以吊车荷载作为主导荷载,应按最不利情况考虑。根据统计分析,最不利工况一方面取影响线内吊车出现的概率为100%,另一方面考虑多台吊车出现在影响线上位置的不确定性,采用修正Turkstra规则,确定多台吊车荷载组合效应的概率模型为极值Ⅰ型,并通过误差传递公式计算相应的统计参数。     

动力敏感性结构风荷载全阶概率分析方法

高层建筑主体结构设计风荷载受来流风速的方向性影响较为明显,传统风荷载估算方法偏于保守。为此,提出一种考虑风向的风荷载全阶概率分析方法,基于可靠度理论将单风向的风荷载概率分布表达成风荷载效应系数极值和来流风速极值的概率分布函数。为了计入结构动力敏感性的影响,基于风洞试验获得的结构气动力数据,通过对结构动力响应分析,将风荷载效应系数极值的概率分布参数表达成来流风速的函数,进而结合各个风向的风荷载概率分布数据,给出了动力敏感性结构具有一定保证率的风荷载。最后,将所提方法的计算结果与蒙特卡洛模拟方法和传统方法的计算结果进行了详细对比。结果表明,本文方法计算结果与蒙特卡洛方法模拟结果吻合较好,传统的最不利荷载法和风向折减方法计算结果过于保守。     

基于地区温度实测数据的大跨度钢箱梁悬索桥的温致效应研究

基于地区的温度实测数据,采用4种常用的概率分布模型对桥址区不同季节日温度极值分布进行拟合,通过5项拟合指标评价各概率分布模型的拟合优劣,并选取最优概率分布模型。基于最优概率分布模型,进一步推算出桥址区重现期分别为20、50、100a的温度极大值和极小值。采用ANSYS有限元软件建立某大跨度钢箱梁悬索桥有限元模型,并研究考虑极端温度下不同构件升降温对桥梁自振频率和位移的影响。进一步研究中央扣、竖向支座和伸缩缝等约束体系对桥梁温致效应的影响。结果表明:全桥自振频率除加劲梁一阶对称横弯频率外,其余的频率与全桥的温度呈负相关;悬索桥的桥塔和加劲梁分别升、降温25℃时,桥梁各阶自振频率变化量都在5%以内;悬索桥主缆降温12℃时,导致加劲梁反对称竖向振动频率的显著增加,约为12%。此外,加劲梁纵向竖向位移响应及桥塔竖向和纵桥向位移响应与桥梁温度变化的呈线性相关性,且加劲梁的纵向位移受加劲梁的温度变化影响最大,建水测和元阳侧纵向位移变化率分别为4.7、3.3mm/℃。加劲梁梁端竖向位移和转角主要受到主缆温度变化的影响。竖向支座和伸缩缝纵向限位装置对桥梁的温致位移响应影响可忽略不计,但中央扣会使桥梁跨中处短吊杆的内力发生突变。     

大跨径连续刚构桥箱梁剪力滞效应分析

采用实体有限元软件Midas FEA建立了全桥模型,从不同加载位置的车辆荷载、自重、二期均布荷载等方面,分析了大跨径预应力混凝土连续刚构桥箱梁的剪力滞效应,总结了其分布规律,以供类似桥梁设计参考。     

公路桥梁汽车荷载标准值对比分析

为了对中国现行公路桥梁汽车荷载标准值及其效应进行研究,在分析英国、美国、日本、加拿大、欧洲公路桥梁规范中有关汽车荷载规定的基础上,选取中国公路桥梁常用的标准跨径板梁、T梁、组合箱梁、整体式箱梁为样本,将各国规范中的汽车荷载在这些样本桥梁上进行加载,得到了不同规范下的简支梁跨中弯矩、支点剪力效应值,并同中国规范作对比,从而对中国公路桥梁的汽车荷载标准值在世界上所处的位置进行客观的评价。研究结果表明:中国现行规范的公路桥梁汽车荷载效应值在以上各规范中处于中等水平,其方法及结论可供新规范修订时参考。     

人行天桥随机协同人群荷载下振动响应分析

人群荷载下人行桥的振动计算已成为人行桥舒适性设计重要内容,多国规范、学者采用放大系数乘以单人响应的方法来简化人群荷载效应计算,而随人群密度增加出现的人-人同步现象(协同效应)对振动影响显著。文中以考虑协同效应下人群荷载作用振动响应为对象,采用能同时考虑行人随机性及协同性的人群荷载模型,基于蒙特卡洛法对不同人群密度、协同率下的响应峰值样本进行了概率分布拟合,并以此拟合得到了考虑协同效应下放大系数的计算公式,与各国规范、文献进行了对比,为人行桥振动设计提供参考。结果表明,协同效应影响下随机人群振动响应峰值符合极大值分布;人群协同效应对放大系数的影响显著,协同率与放大系数呈较强的线性关系;各国规范对放大系数规定相差较大,在高密度人群下的计算有必要引入协同率以量化协同效应的影响。