重载交通对高速公路桥梁的疲劳影响研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学博士学位论文重载交通对高速公路桥梁的疲劳影响研究论文作者：赵川学生类别：全日制学科门类：土木工程学科专业：结构工程指导教师：窦远明职称：教授资助基金项目：河北省交通运输厅科技计划项目（Y-2012046）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctorDegreeofStructuralEngineeringSTUDYONTHEEFFECTOFHEAVYTRAFFICONFATIGUEOFEXPRESSWAYBRIDGEbyZha

2、oChuanSupervisor:Prof.DouYuanmingMay.2015ThisworksupportedbytheScienceandTechnologyProjectsofCommunicationsDepartmentofHebeiProvince.No.Y-2012046.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，

3、均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2015年5月29日关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2015年5月29日导师签名：日期：2015年5月29

4、日摘要随着交通运输事业的不断发展，公路桥梁上的车辆荷载类型发生了巨大变化，重载化趋势非常明显。当重载车辆从桥梁上频繁通过时，将会对桥梁造成严重损害，甚至可能导致梁体构件的开裂，尤其当桥梁开裂后，尽管卸载时所产生的裂缝会暂时闭合，但是这种损伤会导致该桥的承载能力下降，甚至不能够正常使用。对于旧桥大多就已具有裂缝，由于重载车辆的频繁驶过会导致裂缝的开展加剧，最终甚至会致使桥梁垮塌。因此，为了确保桥梁的运营安全，并为建设单位和桥梁运营管理部门提供技术参考依据，本文对河北省内多条高速公路进行交通调查和室内疲劳试验研究，主要研究工作如下：1、通过对河北省

5、内多条高速公路的交通量、交通组成、轴重、轴距、车辆时速和车辆间距等基础数据进行实际调查与收集，分析不同车型、不同载重等级车辆所占比率，确定其概率分布规律；依据疲劳等效损伤原理，统计得出了实际车辆的荷载谱；将其与规范公路—Ⅰ级汽车荷载作用效应进行比较，提出重载交通下汽车荷载提高系数。2、采用四阶段法对未来的京港澳高速公路进行交通预测，并分析未来交通量变化的主要影响因素；通过分别对四车道和六车道高速公路进行现场实际调查，得出重载车辆分车道行驶规律；分别采用灰色GM（1,1）预测模型、BP神经网络预测模型和灰色-BP神经网络组合预测模型对六车道（八车

6、道）高速公路重载车辆行驶规律进行预测，预测结果表明：应用灰色-BP神经网络组合预测模型预测精度为优秀，预测精度最高。3、以京港澳高速公路（京石段）改扩建工程中的16米标准跨径预应力混凝土梁为研究背景，经过合理的缩尺模型，通过室内等幅疲劳试验研究其在长期重载作用下预应力混凝土梁的疲劳性能，如：混凝土应变的变化规律、非预应力钢筋的变化规律、预应力钢筋的变化规律、挠度变化、裂缝的发展规律、刚度退化情况以及在重载作用下的容许疲劳寿命等问题。4、通过室内变幅疲劳试验，研究了预应力混凝土梁在两级变幅疲劳荷载作用下的破坏形态和破坏特征，得到了加载顺序和荷载水

7、平对预应力混凝土梁疲劳寿命的影响；分别利用Miner准则和修正的Miner准则对变幅疲劳寿命进行了估算，计算结果表明：由Miner准则估算对变幅疲劳试验的容许疲劳寿命预测是偏于危险的，而由修正的Miner准则估算的容许疲劳寿命精度较高，而且更偏于保守；通过两级变幅疲劳I试验得出容许疲劳累积损伤临界值DCR为0.8。5、利用有限元分析软件对16米跨径预应力混凝土简支梁建立实体模型，依据交通调查数据统计分析结果，结合其相关分布规律，运用蒙特卡洛（MonteCarlo）方法并借助Matlab软件编制随机车流仿真程序，将典型车辆模型和随机车辆模型分别加

8、载到桥梁有限元模型上，模拟实际运营车辆过桥的情况，采用有限元软件进行瞬态动力分析。运用疲劳累积损伤理论分别计算各典型车辆在不同车辆间距下、不同车速条件