研究重载车辆作用下大跨度桥梁的随机振动响应，据此可以分析在役大跨度桥梁的动力可靠度，可从概率角度评估桥梁的安全性和适用性，也可为桥梁的运营管理决策提供理论依据。采用重载车流模型加载至桥梁结构进行随机振动分析，能够更加真实地模拟车辆通过桥梁的动力行为，随机车流和随机路面激励可捕捉桥梁响应的概率特征，且可通过改变车辆轴重和车辆密度模拟交通量变化，用以预测桥梁生命周期内交通荷载对结构可靠性的影响。......
2023-09-19
首超可靠度计算方法及应用
【摘要】：表7.11基于Passion假定的界限跨越率根据Possion假定，对南溪长江大桥在随机车流作用下的动力可靠度进行计算，可得到不同运行状态下的动力可靠度。图7.21随机车流作用下加劲梁的首超动力可靠指标为了对比Markov过程与Possion对本算例的计算结果的误差，可得到Markov过程的跨越率，参数如表7.12所示。
按照中国公路桥梁技术状态评定标准［5］和公路悬索桥设计规范［6］的规定，主梁的位移界限值b＝L／300＝2.73m。该界限值下的的界限跨越率如表7.11所示。
表7.11 基于Passion假定的界限跨越率
根据Possion假定，对南溪长江大桥在随机车流作用下的动力可靠度进行计算，可得到不同运行状态下的动力可靠度。
由图7.21可知，南溪长江大桥加劲梁的位移动力可靠指标在L／4的位置小于L／2的位置。在加劲梁的L／4处，稀疏运行状态下动力可靠指标由8.21下降至7.81，密集运行状态下动力可靠指标由4.78下降至3.75。
图7.21 随机车流作用下加劲梁的首超动力可靠指标
为了对比Markov过程与Possion对本算例的计算结果的误差，可得到Markov过程的跨越率，参数如表7.12所示。
表7.12 基于Markov假定的界限跨越率
将表7.12的数据代入Rice公式可得到在b＝2.73处的界限跨越率比值，如表7.13所示。
表7.13 界限跨越率比值
由表7.13可知，Possion假定和Markov假定下的界限跨越率基本相同，仅在密集运行状态下Markov的跨越率稍小。因此，为了分析方便，下文的界限跨越率统一采用Possion假定。
实际交通量随时间逐步增长，动力响应的均方根也随之增大，因此，交通量对动力可靠指标具有一定影响。密集状态车辆所占比例增加后，当日的总交通量也会随之增长，因此可采用密集状态车辆所占当日总交通量的比例来模拟交通量增长。在100年内，密集状态车辆不同占有率下的可靠指标的变化如图7.22所示。
图7.22 密集车辆占有率对可靠指标的影响
由图7.22可知，随着密集车辆占有率的增长，加劲梁位移动力可靠指标呈下降趋势。随着运营时间的增加，悬索桥动力可靠指标下降趋势较缓。在不考虑桥梁结构抗力退化的情况下，随机车流作用下悬索桥主梁位移超限失效事件主要由密集运行车辆荷载的存在引起，且随着密集运行车辆的增长其可靠指标下降趋势减缓。这表明密集运行车辆的存在是导致悬索桥位移动力可靠度降低的重要因素。
根据监测系统的车辆数据可知密集运行状态车辆占单日车辆总数的2.15%（即a）［7］。为了能够反映真实的交通量，取实际运行状态车辆中密集状态车辆为0.8a、a和1.2a，可得出100年内主梁L／4跨节点位移动力可靠指标随时间变化趋势如图7.23所示。由图可知，密集运行车辆的占有率对悬索桥加劲梁动力可靠度有较大的影响，且随着运营时间的增长，影响较大。
图7.23 密集运行车辆占有率的变化对可靠指标的影响
以某主跨为820m的悬索桥为工程背景，基于位移首超破坏准则对随机车流作用下加劲梁的动力可靠度进行了研究，分析了Possion假定和Markov假定对界限跨越率的影响，分别讨论了车辆运行状态对动力可靠指标的影响规律。研究结果表明，由于车辆荷载作用下悬索桥加劲梁的位移响应均值（密集运行状态下约为0.16m）远小于界限值（1.37m），且加劲梁的位移响应为宽带随机过程，因此Possion和Markov假定下的界限跨越率v+b基本相等。加劲梁的位移首超破坏主要出现在加劲梁的L／4位置，且密集运行状态下加劲梁的界限跨越率远大于稀疏运行状态，这表明悬索桥加劲梁位移失效事件主要是由密集运行车辆的存在而引起。
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2023-09-19
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