公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

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1、公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究公路公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究公路2009年12月第12期HIGHWAYDec2009No12文章编号:0451-0712200912-0021-05中图分类号:U4414文献标识码:A公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究周泳涛,翟辉,鲍卫刚,刘延芳中交路桥技术有限公司北京市100029摘要:为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准,根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据,以等损伤度为理论基准,得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样,以上述疲劳典型车辆为蓝本,

2、建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型,进行构件疲劳损伤度计算,确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径或影响线长度的纵向修正系数,由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱。这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补我国公路桥梁疲劳设计的空白。关键词:桥梁工程;公路桥梁疲劳设计荷载标准;统计分析计算;高速公路车辆荷载;公路标准疲劳车随着我国经济的高速发展,公路桥梁的交通量及负荷日益增加,使得桥梁构件,特别是钢构件的疲劳问题日益突出。近年来国内外钢桥的疲劳破损事例,引起了国际桥梁界的重视,实施了一系列

3、应用基础性的研究。目前英国、美国、日本、欧盟等国家的桥梁规范不但涉及了各类构造细节的疲劳强度等级分类,并给出了相应的疲劳设计荷载谱或疲劳车辆模型。我国铁路行业在这两方面都已开展了系列研究,取得了一定的成果,并实施有关规范的编制。然而,公路桥梁在这两方面的研究都十分匮乏,我国公路钢桥规范有关疲劳部分与当前钢桥大规模建设和发展并不相称,不利于钢桥安全可靠耐久地使用,亟待更新。我国目前有关公路桥梁疲劳设计的相关规范滞后于国际疲劳设计理论,且缺乏针对性的疲劳设计标准车辆,致使当前的公路桥梁疲劳设计基本是套用英美相关

4、规范,这违背了疲劳设计的宗旨,即以公路桥梁实际运营的车辆荷载为基准,由此引起的设王荣辉、池春等,以广州市内环线恒福路段高架桥,由东向西单行线为调查研究对象,根据观测结果,得到5种典型车辆的车辆数据等。由于公路交通的复杂性、随意性,上述研究都具有一定的区域性和局限性,难以代表我国公路桥梁疲劳荷载标准。国际上,目前对公路桥梁疲劳验算所用的车辆荷载一般有3种形式:1车辆荷载频值谱,它是通过对公路桥梁的交通调查得出的日常各种典型车辆的荷重和出现的相对频率;2一辆标准疲劳车第1种形式简化而来;3采用静力强度设计时,

5、标准活载中的一辆重车。本文根据近年来全国六省区公路桥梁交通车辆荷载的实测数据,以疲劳致伤等效为原则,通过统计分析、模型计算,得出了适用于不同地区的公路桥梁疲劳车辆荷载谱及相应的疲劳标准车。计偏差不可避免。1公路桥梁疲劳荷载典型车式样对此,国内不少学者已进行了试验性的研究,如上海的童乐为、沈祖炎等,以上海市内环线中山路3号桥地面桥为调查研究对象,得到6种模型车辆;王春生以上海市外白渡桥为调查研究对象,应用Monte-Carlo的方法产生虚拟车流,进行影响线面加载得到关心杆件应力历程,通过与实测杆件的应力谱

6、的比较,校正所得的交通荷载模型;广州的收稿日期:2009-04-13针对我国公路交通的分布及特点,分别在东北、西北、东南、西南、华南、中原等地区,选取了8条典型高速公路,进行现场交通荷载调查,并按照等效致伤理论及概率统计原理,抽取出各省的典型车辆荷载频值谱。鉴于各省典型车式样较多,限于篇幅,在此仅列出辽宁典型车式样。各省典型车形式与此类似,除湖北未见6轴典22公路2009年第12期型车外,均包括5种轴型车辆,总重以山西典型车为最重,福建典型车最轻,轴距变异不大。2公路桥梁标准疲劳车用,考虑简化计

7、算,本节将以此典型车为蓝本,选取两个典型跨径的简支梁疲劳验算模型,跨径为L12m、L30m,用各省典型车逐个进行其内力历程计算,随即计入车数,从而计算其疲劳损伤度m21标准疲劳车基本形式分别取m3和m5,找出损伤度突出的典型车表1中的典型车式样已基本可以代表各省公路交通的现状,但涉及荷载类型较多,不便实际设计使由表2可见,该省6轴的典型车所占总损伤百分比分别达到了482%、682%m5时,拟取6轴典型车作为其标准疲劳车的基本形式,下面在此基础上,进行此基本标准疲劳车的修正,确定标准疲劳车的最终形式,见表

8、3。同理得到的各省基本标准疲劳车为:山西、福建采用6轴典型车;河南、湖北采用5轴典型车;重庆采用4轴典型车。辆,将其定为标准疲劳车的基本形式。下面以辽宁省基本标准疲劳车为例,说明上述思路。22公路疲劳荷载标准车基于选定的标准疲劳车基本形式,增扩简支梁模型的跨径种类,所取跨径从12~100m,涵盖常用构件细节影响线长度,按等损伤理论,针对不同跨径影响线长度,对基本标准疲劳车的轴重进行修正,得出对应跨径的轴重修正系