考虑车重的线性增长系数为a，则到运营期的第n年为止，累积疲劳损伤函数可表示为：由此得出100年内顶板-U肋的细节疲劳损伤如图9.5所示。表9.3考虑车重增长的100年后顶板-U肋细节疲劳可靠指标由表9.3可知，当车重的线性增长系数为0.6%时，行车道顶板-U肋细节疲劳可靠指标为1.57，超车道位置处为2.49。......
2023-09-19
交通量增长对桥梁可靠度影响分析
【摘要】：表9.2考虑交通量增长的100年后顶板-U肋细节疲劳可靠度由上述分析可知，交通量的增长对行车道的顶板-U肋细节疲劳损伤有重要的影响，随着运行车辆的增加，细节的疲劳损伤呈加速增长趋势。因此，在运营期应采用有效的方案控制交通量的增长，特别是在行车道位置车辆的通行数量。
由于社会的进步和生产水平的提高，在未来的运营期内，车辆的数量将有所增长。为了研究车辆的增长对钢桥面板细节疲劳损伤的影响，假定车辆每年日通行量以等差数列的方式增长，则每年增长的车辆数量均是第1年的a倍，由此可得第n年运营期内桥梁的累积损伤值为：
式中，n为以年为单位的运营期；a为车辆荷载的总体车辆总重的增长率，并假定a为交通量年增长系数，该系数与时间无关；e为轮迹横向分布系数；Nd为随机车流作用下钢桥面板细节的应力循环次数；C为疲劳特征值；m为S-N曲线中的斜率，Eurocode 3规范中的低应力循环对应的m＝5。
值得说明的是，由于随机车流样本的随机性，细节的疲劳损伤确定性分析结果具有一定的变化范围，下面确定性分析均采用设计变量均值。取式（9.14）中参数a的值依次为2%、4%和6%，则桥梁疲劳损伤变化趋势如图9.3所示。
图9.3 交通量增长系数对疲劳损伤的影响
由图9.3可知，随着交通量线性增长系数a的增加，钢桥面板细节疲劳损伤呈加速增加趋势。针对行车道的顶板-U肋细节，当a＝6%时，100年后的累积疲劳损伤达到1.14，不能满足设计规范要求；针对超车道的顶板-U肋细节，当a＝6%时，100年后的累积疲劳损伤为0.19，尚能够满足规范要求。
考虑交通量的线性增长系数a，则钢桥面板的疲劳功能函数可表示为：
取交通量增长系数a分别为0、1%、2%和3%时，钢桥面板在行车道和超车道的细节疲劳可靠指标在1～100年内的变化趋势如图9.4所示。
图9.4 交通量对钢桥面板细节疲劳可靠指标的影响
由于Monte Carlo抽样计算的可靠指标在低失效概率时候，具有一定的误差，在运营期的前期具有一定的波动性。由图9.4可知：首先，随着交通量的增长，行车道和超车道的钢桥面板细节疲劳可靠指标均呈下降趋势，行车道疲劳可靠指标下降趋势较超车道的大，这是由于行车道的日疲劳损伤值较超车道的大，而交通量增长是按照等差数列增长，与当前的日疲劳损伤值有关；其次，随着交通量的增长，疲劳可靠指标在第1～100年的下降幅度有所减小；再次，随着运营时间的增长，交通量增长引起的疲劳可靠指标下降趋势显著增加。因此，交通量的增长对钢桥面板疲劳可靠度的影响随着时间的增长而更加显著。100年后钢桥面板细节疲劳可靠指标如表9.2所示。
表9.2 考虑交通量增长的100年后顶板-U肋细节疲劳可靠度
由上述分析可知，交通量的增长对行车道的顶板-U肋细节疲劳损伤有重要的影响，随着运行车辆的增加，细节的疲劳损伤呈加速增长趋势。因此，在运营期应采用有效的方案控制交通量的增长，特别是在行车道位置车辆的通行数量。
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