荷载效应修正方法.docx

荷载效应修正方法 车辆荷载是大跨桥梁主要荷载之一，其取值大小对桥梁承载力评估结果有很大影响。对于不同的路段，由于其地理位置、沿线经济发展和人口密度各不相同，交通量也必然存在差异，而桥梁所承受的车辆荷载的大小也应不同。如本章第 2节所述，为了合理评估桥梁的承载能力，在英国桥梁评估规范也根据被评估桥梁的路面平整度（好或坏）及实际交通流量（大、中、小）采用不同的修正系数对设计车辆荷载进行了折减；美国桥梁评估规范则根据日平均货车流量（ADTT）的不同，对车辆荷载采用了不同的分项系数。然而，目前我国桥梁承载力评估仍主要依据 1989 年颁布的《公路旧桥承载能力鉴定方法》，车辆荷载的选取与设计阶段相同，未考虑设计车辆荷载与实际桥梁车辆荷载间的偏差。对于小跨度桥梁（跨径小于 40m），车辆荷载效应一般由一辆重车决定，故若一定时间间隔内的车重概率密度已知，则很容易得到给定保证率下（如 95%）的车辆荷载效应值。因此，很多学者的研究都集中于如何根据实际桥梁的车重调查信息来计算设计基准期内最大重车的概率分布。但是，对于大跨度桥梁而言，因为车辆荷载效应影响线较长，车辆荷载一般由同时出现在桥梁上的多辆车决定，即车辆荷载效应不但与车重有关而且还与桥上车辆数目及其所在位置有关，此时车辆荷载效应必须作为随机过程来模拟。王磊等人建立了基于平衡更新过程的车辆荷载效应模型，并给出了车辆荷载效应概率密度的计算公式。Ove Ditlevsen 将经过桥梁的车辆荷载等效为白噪声场，给出了车辆荷载效应均值和方差的计算公式。该方法最大缺点是车辆荷载效应计算公式过于复杂，不利于桥梁评估人员掌握和应用。为此，本章提出了一种基于现场交通信息调查的车辆荷载效应简化计算方法，为大跨度桥梁承载力评估时的车辆荷载修正提供实用的手段和依据。 1 车辆荷载重量分布 桥梁上行驶车辆种类繁多，车重各不相同，因此，可以将车重作为随机变量来看待。由于每座桥梁的交通流量可能不同，因此其车重概率密度函数也将发生变化。表 7-7 中列举了不同桥址的车重分布类型、均值和方差。从表 7-7 可以看出，不相同桥址的车重概率分布函数相差很大。一般车重概率密度函数可以由现场动态称重（WIM）获得，但由于动态称重传感器价格昂贵，且安装时需要破坏路面，所以该方法的普及受到一定限制。 文献 138 指出，同一类型客车的车重分布基本符合正态分布，而同一类型的货车车辆基本符合双峰正态分布，两峰值分别对应于空载和满载两种情况（见表7-8）。当几种不同车型的车辆以一定比例出现时，其车重概率分布将承多峰特性。表 7-7 中数据也表明，尽管各桥址的交通流量各不相同，但车重的概率密度函数可以采用多峰正态分布拟合。因此，若已通过交通流量调查获得了各车辆类型所占比例，且认为各类车辆的车重是互相独立的正态随机变量，则有如下“综合”车重分布函数和“综合”车重均值与标准差 2 车辆荷载效应计算 桥梁结构的车辆荷载效应受车重、轴数、轴距、车间距等多个参数的影响，直接计算较复杂，而根据实测车辆样本计算并进行分布检验和参数估计，则需要通过动态称重（WIM）获得实际车辆流的样本。也有文献提出通过安装在桥梁结构上的应变传感器，对车辆荷载作用下的应力进行测量和分布拟合，并对设计期内的最大应力进行预测，但通过应力大小评估承载能力的方法只适用于钢桥。对于混凝土桥梁来说，直接决定承载能力的荷载效应为弯矩和剪力，而目前还不能对这两种荷载效应进行直接测量。为降低对现场实测交通流量信息的依赖，本文将大跨度桥梁的车辆荷载效应等效为滤过 Poisson 随机过程（其样本函数如图 7-12 所示）。 获得日平均交通量QAAT和各种车型所占比例pi及行车速度后，即可根据式（7-31）和（7-32）求得t时刻桥梁车辆荷载效应的均值和方差。 从式（7-31）和（7-32）可以看出，当时间 t 大于车辆通过桥梁时间时，荷载效应的均值和方差为定值。式（7-26）表明，大跨桥梁的车辆荷载效应是由多辆互相独立的汽车荷载荷载效应叠加而得（见图 7-13），且同时出现在大跨度桥梁上的车辆可能多达上百辆，因此由滤过 Poisson 过程的中心极限定理可知[198]，大跨度桥梁的车辆荷载效应近似服从正态分布，其截口概率密度函数由下式）给出 假设一年内车辆运行情况变化不会太大，截口分布时段为一年，则设计基准期或评估期n年内效应最大值分布FM(x)可在接口分布F(x)基础上由下式求得 3 车辆荷载修正系数 将最大车辆荷载效应具有95%保证率下的取值x0.05与设计车辆荷载效应SD进行比较可以得到评估车辆荷载修正系数 为了方便桥梁评估人员使用，可以将混凝土斜拉桥在不同车辆荷载组成、车速和日平均交通量下的车辆荷载修正系数做成表格，当进行桥梁承载力评估时，查表即可得到相应的修正系数。 4 数值仿