【摘 要】
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云南省山区低等级公路数量众多,公路运输是主要的运输方式,超载超限十分普遍。采用准确的疲劳车辆荷载谱进行抗疲劳设计和疲劳寿命评估是保证桥梁结构运营安全的关键。目前针对山区低等级公路桥梁疲劳荷载谱研究非常有限,同时随机车流模拟正在由静态交通流向实际交通流发展,研究的关键是准确获取交通荷载数据。本文以云南省山区低等级公路上实测交通荷载数据为基础,从车型分类、疲劳车辆荷载谱、元胞自动机模拟交通流荷载、钢箱
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云南省山区低等级公路数量众多,公路运输是主要的运输方式,超载超限十分普遍。采用准确的疲劳车辆荷载谱进行抗疲劳设计和疲劳寿命评估是保证桥梁结构运营安全的关键。目前针对山区低等级公路桥梁疲劳荷载谱研究非常有限,同时随机车流模拟正在由静态交通流向实际交通流发展,研究的关键是准确获取交通荷载数据。本文以云南省山区低等级公路上实测交通荷载数据为基础,从车型分类、疲劳车辆荷载谱、元胞自动机模拟交通流荷载、钢箱梁桥疲劳寿命分析等展开研究。主要内容包括:(1)通过云南省山区某低等级公路上的动态称重(WIM)系统监测得到连续29天的实际交通荷载数据,采用系统聚类法对其聚类分析划车型。对各类车型的车重、车速、车长、轴距、轴重和车时距等特征分布参数进行统计分析和K-S检验,得到各类车型所服从的概率分布和特征参数值。(2)根据实测交通荷载数据和车型划分结果,提出了包含14种典型车型的典型车辆荷载谱。按照疲劳损伤等效原则对其简化得到了包含5类车型的专用车辆荷载谱,同时按照疲劳损伤贡献率最大原则对专用车辆荷载谱简化得到了标准疲劳车。(3)在传统元胞自动机模型基础上,对元胞长度和更新时间步长进行细化,采用车时距等效车辆产生概率的开放边界,根据车辆换道规则、行驶规则和交通荷载特征参数,运用Matlab建立了精细化元胞自动机交通荷载流模型。对模型进行验证并模拟得到了钢箱梁跨中底缘的疲劳应力历程。采用“雨流计数法”对疲劳应力历程计数后得到疲劳应力谱。(4)以疲劳荷载谱、元胞荷载流有效应力谱为疲劳模型,运用名义应力法估算裂纹形成寿命、断裂力学法估算裂纹扩展寿命,两者相结合分别估算了钢箱梁的疲劳寿命,分析了初始裂纹尺寸和临界裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。对疲劳荷载谱和元胞荷载流两种疲劳模型的吻合度进行对比,提出了疲劳荷载谱计算结果的修正系数。
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