公路桥梁设计荷载及其组合研究

分类号:U44，U4510710-2009021009博士学位论文公路桥梁设计荷载及其组合研究党栋导师姓名职称贺拴海教授申请学位级别博士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2012年10月论文答辩日期2012年12月21日学位授予单位长安大学StudyontheHighwayBridgeDesignLoadandThereCombinationEffectADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：DANGDongSupervisor：HEShuan-haiChang’anUniversity,Xi’an,Chinai摘要桥梁工程作为公路工程的枢纽，在国民经济中占有重要的地位，其安全性与经济性不合理将造成社会财富的巨大浪费和国有资产的大量损失，车辆荷载是影响公路桥梁结构安全性和使用性的重要因素之一。随着运输需求和汽车工业的不断发展，车辆超载现象日趋严峻，近年来出现了多起重车压垮桥梁的事故，引起了社会各界广泛的关注。为了解我国近年公路桥梁汽车荷载的情况，并为公路桥梁荷载标准的制定提供依据，本论文依托西部交通建设科技项目“桥梁设计荷载与安全鉴定荷载研究”所开展的全国范围内的汽车荷载调研，并基于调研成果进行的汽车荷载的深入研究，明确了我国汽车荷载标准的适应性，建立了公路桥梁汽车荷载标准制定方法。对荷载组合系数进行了研究。基于实测车辆统计数据，对桥梁汽车荷载离心力进行了研究。本文首先针对我国公路桥梁汽车荷载存在的突出问题，结合国内外公路桥梁汽车荷载规范及其研究进展情况，在调查研究分析我国公路桥梁车辆荷载特性、运营状况、和消化、借鉴、吸收国内外已有的科研成果和应用技术成果的基础上，研究提出四种计算公路桥梁汽车荷载标准值的方法：规范环比法、概率统计法、历史经验法和法律法规法。规范环比法是参照国外规范，对比各国的荷载模式以及荷载标准的确定方法，通过对比分析研究，用来确定我国公路桥梁荷载标准，结合我国实际情况，用以以满足我国交通运输发展的要求；概率统计法认为汽车荷载为随机变量，在大量实测的基础上对实际汽车荷载进行数理统计分析，用以确定荷载标准值；历史经验法是在调查我国公路桥梁汽车荷载标准的制定历程的基础上，通过对实际交通运营情况进行的调查，在荷载标准中充分考虑并实际车型载重情况的方法；法律法规法以交通运输管理政策、法规为基础，用来确定汽车设计荷载。使用上述四种方法将荷载标准值加载于选取的样本桥梁上，计算四种方法所得到的荷载效应，并对荷载效应进行了对比分析，对现行规范的适应性进行了分析评价。其次，本文中以中小跨径梁桥为对象，评价了我国荷载基本组合的分项系数及其组合效应在国际中的地位，研究了分项系数的取值方法。选取我国常见的中小跨径梁桥为样本，结合国外公路桥梁的荷载标准及分项系数，通过分析比较，确定了我国汽车荷载分项系数取值及组合效应在国际上的合理位置。在实测车辆数据的基础上对荷载进行了数理统计分析，得到了新的统计参数。通过给定恒载效应的分项系数，分别运用林德的0.75线性分离法、一般分离法、抗力最小二乘法、可靠指标最小二乘法研究了新的汽车荷载效应的分项系数取值，并对比了各个方法所得结果。在以上大量工作基础上，基于ii“校准法”对结构重要性系数的取值进行了研究，给出了一级和三级构件的建议取值。最后通过对实测车辆数据的统计，确定了实际车辆荷载的各项统计参数，对国内外车辆离心力规范标准值进行了对比研究。基于车辆的各项统计参数，完善了随机车流模拟程序，运用离心力计算公式，使用MATLAB编制了随机车流下汽车荷载离心力理论值的模拟程序。根据不同半径下的离心力理论数值及其统计参数，得到了汽车荷载离心力概率分布函数，根据可靠度理论，计算得到不同半径下基于实测车流的汽车荷载离心力标准值。对基于实测数据的汽车荷载离心力的标准值与我国规范离心力标准值进行了对比分析，结果表明现行规范离心力与实际车辆统计离心力标准值在一定程度上的不相适应。提出了新的汽荷载离心力标准值的取值方法。本文研究方法和结论对新一轮的公路桥梁荷载规范制定具有参考价值。关键词：公路桥梁、汽车荷载标准值、荷载效应、分项系数、随机车流模拟、离心力标准值iiiAbstractBridgeasthehubofthehighwayengineering,doanimportantpositioninthenationaleconomyoccupies,anditssecurityandtheeconomyisnotreasonablewillcausethesocialwealthgreatwasteandalargenumberofstate-ownedassetsloss,vehicleloadisinfluencehighwaybridgeconstructionsafetyandapplicabilityisoneoftheimportantfactors.Alongwiththetransportationdemandandthecontinuousdevelopmentofautoindustry,vehicleoverloadphenomenonisbecomingmoresevereinrecentyears,appearedmorecraboverridingbridgeaccident,causedthesocialfromallwalksoflifewideattention.Inordertounderstandourcountryinrecentyears,highwaybridgecarload,andforhighwaybridgeloadstandardtoprovidebasisfortheestablishmentoftheproject,theorganizationcarriesoutanationwidecarloadresearch,andbasedontheresearchachievementsofcarloadofthoroughresearch,madeclearourcountryautomobileloadstandardadaptability,theestablishmentofahighwaybridgecarloadstandardformulationmethod.Toloadcombinationcoefficientarestudied.Basedonthestatisticaldataofvehicles,thebridgevicleloadcentrifugalforcewasstudied.Thispaperfirstinourcountryhighwaybridgecarloadexistingprominentproblems,bothathomeandabroad,carhighwaybridgeloadcodeanditsresearchprogressintheinvestigationandstudyanalysisourcountryhighwaybridgevehicleoperationstatus,loadcharacteristics,andreference,digestion,absorbsthedomesticandforeignexistingachievementsinscientificresearchandapplicationtechnologyonthebasisofresults,andputforwardfourkindscalculationalhighwaybridgecarofstandardvaluesofwindloadofthemethods:standardlinkmethod,probabilitystatistics,historicalexperiencemethodandthemethodoflawsandregulations.Standardlinkmethodisaccordingtotheforeignstandardloadmodeanddeterminationmethod,throughthecontrastanalysistodetermineourcountryhighwayBridgesinChinainordertomeettherequirementsofthedevelopmentoftransportation,Probabilitystatisticsistheautomobileloadasrandomvariables,onthebasisofthemathematicalstatisticalanalysistodeterminetheloadstandard;Historicalexperiencelawisaccordingtoourcountryhighwaybridgecarloadstandardformulationprocess,basedontheinvestigationoftrafficconditions,inloadstandardfullyconsideredandcanreallyreflecttherealmodelsandloadconditions;Lawsandregulationsmethodbasedontransportationmanagementpolicies,lawsandregulationsasthefoundation,usedtodeterminecardesignload.Usingtheabovemethodsrespectivelywillloadstandardloadingintwolane20msimplysupportedbeam,thecalculationmethodoffourkindsoftheloadeffectanditseffectonthecomparativeanalysistothecurrentstandardadaptabilityareanalysed.Secondly,thispaperinmediumandsmallspanbridgeastheobjectofstudy,theevaluationinourcountrybasicloadcombinationofsubentrycoefficientandtheircombinationeffectintheinternationalstatusoftheresearchofthepartialcoefficientvalueivmethod.Selectourcountrycommonmediumandsmallspanbridgeassample,combinedwithforeignhighwaybridgeloadstandardandthepartialcoefficient,bytheanalysisandcomparison,determinetheourcountryautomobileloadsubentrycoefficientvalueandcombinationeffectininternationalreasonableposition.Invehiclesmeasureddataonthebaseoftheloadonthemathematicalstatisticalanalysis,obtainedthenewstatisticalparameter.Throughagivenconstantloadeffectofsubentrycoefficient,whichuselinde0.75linearseparation,generalseparation,resistanceofleastsquares,reliableindexleastsquaresmethodr