大跨径多塔缆索承重桥梁车辆荷载模型

精确的车辆荷载模型对大跨多塔缆索承重桥结构设计、状态评估和管理养护等至关重要，目前国内外规范模型均无法准确描述和表达多塔缆索承重桥复杂的车辆响应特性，如长加载区间、多车道干扰以及复杂影响面等。 研究首先基于实测的多车道高速公路WIM数据，统计分析了多车道车辆（车重、轴重、轴载比、车速等）和车流（交通流量、密度、组成、车辆到达、多车道分布）等特性参数，建立和完善了我国高速公路车辆和车流的随机数学模型，编制了随机车流（荷载）生成程序RTFS，能基于给定交通状态和参数，生成任意周期的车流荷载；结合实测WIM数据进行了校核，验证了RTFS合成车流的可靠性和准确性。多车道车辆及荷载研究也表明，我国公路的多车道交通及荷载特性显著差别于国外经验，在规范层面不能简单借鉴国外模型。 极值外推是利用短时车辆数据预测长回归周期荷载响应极值的关键数学方法。研究从数据有效利用率、方法客观性、外推效率及准确性等角度，深入比较了主要极值外推方法的适用性，明确了底分布尾部数据走势和基础数据量（至少应选用21天实测数据）对于外推结果的重要性。研究提出了修正的经验极值外推方法，这种方法能较好地兼顾数据利用率、计算精度和效率，特别适用于多塔缆索承重桥的多车道长加载效应的外推。 提出了一套基于影响线有效加载区域、正负影响极值和正负影响面积比等指标的结构效应分类方法，从而实现了对多塔缆索承重桥的车辆响应特性的系统描述。采用合成随机车流对多塔缆索承重桥关键效应进行不同车流及交通状态的加载计算，基于总体效应、局部效应和不平衡加载敏感性等概念，科学揭示了结构响应与车辆随机作用之间的规律。研究表明，随机车流作用下结构响应远小于规范标准（10%~85%）；各荷载效应的响应极值呈现与交通参数（日均交通流量和重车比率等）和车辆运行状态显著的正相关特性；不平衡加载敏感性不同的荷载效应在响应极值规律方面具有显著差异。 创新了车辆荷载形式、布置方式及组合方法等，由此提出了考虑重车混入率、日均交通量和交通状态的修正影响的多塔缆索承重桥汽车荷载模型，并校核了相关计算和组合系数，从而建立了基于性能设计理论的车辆荷载模型。 项目研究成果实现了对于多塔缆索承重桥的实际车辆荷载响应更准确的描述和全面的表达，为此类结构的设计、管养评估等提供了关键的基础模型和科学方法。 2100433B

车辆荷载是影响大跨径多塔缆索承重桥结构体系安全和优化的关键问题，现有基于影响线确定加载范围及均布加载的荷载模型，未能客观反映实际运营过程中车辆和车列随机性的影响，制约多塔缆索承重桥梁设计和体系优化，亟待改进。本研究将首先基于对动态称重数据的统计和分析，完善和建立车辆和车列随机性数学模型，使其符合我国高速公路特性；编制可模拟各种情况的随机车流荷载生成程序；然后对多塔缆索承重桥进行随机车流加载，揭示其结构响应与车辆随机作用之间的科学规律，建立准确反映这一规律简化模型；研究基于短时数据外推和基于长时数据统计的随机响应极值推定方法，科学推定结构响应和设计车辆荷载的极值；最终建立基于性能设计理论的大跨径多塔缆索承重桥车辆荷载模型。研究成果将有效改进和补充多塔缆索承重桥设计车辆荷载；探索多塔缆索承重桥结构体系优化的潜在方向；也将是桥梁性能设计理论方法的重要组成部分，具有重要的科学意义和广泛的应用价值。

本书共7章，首先，系统总结了多塔缆索承重桥梁的技术演变；其次，通过对多塔斜拉桥、多塔悬索桥结构体系与力学行为的研究，阐述了多塔缆索承重桥梁的特殊性和设计的关键技术；*后，分别介绍了多塔斜拉桥和多塔悬索桥的工程实践。本书是系统研究多塔缆索承重桥梁的著作，理论推导逻辑严密，析理细致，文笔流畅，可读性强，极具参考性和启发性。

第1章多塔缆索承重桥梁的技术演变1

11多塔斜拉桥技术演变1

12多塔悬索桥技术演变14

第2章多塔斜拉桥结构体系与力学行为24

21多塔斜拉桥结构体系24

22多塔斜拉桥的静力结构行为30

23多塔斜拉桥的动力结构行为34

第3章斜拉索疲劳评估63

31多塔斜拉桥斜拉索的疲劳特征63

32斜拉索疲劳评估方法64

33某多塔斜拉桥的斜拉索疲劳评估69

34多塔斜拉桥敏感性分析72

第4章多塔悬索桥的结构力学行为83

41多塔悬索桥的静力结构行为83

42多塔悬索桥的动力结构行为96

43多塔悬索桥中间桥塔的稳定问题112

第5章多塔悬索桥结构参数及其敏感性分析118

51中间桥塔刚度影响118

52主缆矢跨比影响121

53中塔、边塔高差影响125

54边塔刚度影响132

55加劲梁刚度影响133

56敏感性研究134

第6章多塔斜拉桥工程实践137

61香港汀九桥（TingKauBridge）137

62夷陵长江大桥139

63希腊里翁—安蒂里翁桥（RionAntirionBridge）146

64法国米约高架桥（MillauViaduct）149

65济南建邦黄河大桥152

66郑州黄河公铁两用桥155

67武汉二七长江大桥162

68嘉绍大桥166

69英国福斯三桥170

第7章多塔悬索桥工程实践172

71泰州长江大桥172

72马鞍山长江大桥180

73鹦鹉洲长江大桥185

74温州瓯江北口大桥190

参考文献195

近年来，世界各地相继兴建了许多大跨度缆索承重桥梁，这些桥梁投资巨大，不仅是交通运输线上的关键设施，而且，因为外形美观，有些已成为当地的标志性建筑。但由于长期承受恒载、活载与疲劳荷载作用，并暴露于风雨、潮湿与污染的大气环境中，大跨度缆索承重桥梁的缆索系统极易遭受疲劳与腐蚀破坏，使缆索的实际使用寿命大大低于设计寿命。作为缆索承重桥梁的主要受力构件，缆索的安全性和耐久性对桥梁的正常使用和整体安全极为重要,一旦缆索产生损伤会使其承载能力降低或丧失,甚至导致桥梁垮塌。 相对于缆索承重桥梁的建造速度和规模，缆索损伤的研究还相对滞后，至今还没有形成关于缆索损伤识别、缆索损伤可靠度研究、缆索损伤后桥梁体系可靠性研究等方面的统一标准。因此，在发挥缆索构件在桥梁工程中优势的同时，如何准确了解缆索的健康状况，采用何种手段对其损伤加以有效识别，如何快速的对损伤缆索的可靠度以及缆索损伤后桥梁结构的整体可靠性进行评价，并及时准确的提出合理、有效的维修加固措施等己经成为桥梁工程技术界亟待解决的问题。 本项目采用理论分析、数值计算、试验研究和实际工程应用相结合的研究方法，依托目前世界上最先进的无线传感器Imote2 节点，实现数据自动化采集、远距离传输和智能化处理，基于无线传感技术建立了桥梁状态监测系统，并逐步建立可用于缆索损伤识别以及桥梁结构可靠度分析所需参数的数据库；提出了基于kriging 模型的缆索损伤识别方法尽可能准确的识别缆索损伤位置及损伤程度；提出了kriging改进响应面法计算评估损伤缆索的可靠度，通过敏感性分析掌握参数对缆索损伤的影响；最后基于随机有限元法建立了缆索损伤后全桥体系可靠度研究方法，评估缆索损伤后对桥梁承载力的影响及全桥的安全可靠性，提出切实可行的维修加固方案，确保桥梁继续安全运营。项目成果可为缆索承重桥梁及时调整或更换受损缆索提供依据，为桥梁可靠性评估提供依据，具有重要的理论意义和工程应用价值，且对于实现缆索寿命最大化、保证交通安全，也具有很高的经济效益和社会效益。 2100433B