CN110717250A - 钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法 - Google Patents

钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于钢筋混凝土梁桥累积损伤寿命计算的简化标准等效车模型制定方法，建立由实际交通流—车辆荷载谱—等效车模型的模型制定方法，此方法通过累积损伤度等效原则，将实际的往来车辆转化为一个与之等效的单车模型，解决了现有技术损伤还原一致性无法直接量化、所建荷载模型可靠性低的问题，并可填补现有国内规范在这方面的空白；解决了其他方法的模型损伤不能保证一致性的问题，此方法计算出的等效车模型可以减少累计损伤度等效误差，精度更为优良；以此为基础，可以计算出梁桥的累计损伤寿命，更为准确的估算梁桥的寿命。

Description

钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法
技术领域
本发明涉及交通土建桥梁设计领域，尤其涉及一种钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法。
背景技术
《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)已明确提出桥梁应进行全寿命设计。但现行规范标准中并无相应累积损伤寿命车辆荷载模型规定，因而导致寿命设计不落地。现有国外制定累积损伤等效车模型多采用简单加权平均方法，以一常见车辆轴数及轴距作为基础，直接基于加权平均实测车辆荷载作为荷重，这样难以反映其对结构累积损伤一致性的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，所述方法包括：
S1、采集过往车辆的轴重、轴距和总重等参数，并获取所述过往车辆的车辆荷载谱
通过资料调研和动态称重设备采集所述过往车辆的轴重、轴距和总重等参数，并将所述过往车辆根据轴数进行分类，计算各类车的等效轴重、等效轴距和各类车辆占总交通量的频率，依据此获取所述车辆荷载谱；
S2、确定多种跨径简支梁桥的应力影响线，获取各跨径对应的应力幅值谱
对结构累计损伤热点部位施加单位荷载，选取不同的跨径并确定各自跨径简支梁桥的所述应力影响线；利用步骤S1的所述车辆荷载谱进行加载，从而获得各类车产生的应力幅值Δσe和对应频率fe并根据此确定各不同跨径梁桥的所述应力幅值谱；
S3、计算Rdamage，从而得出等效车模型的各轴轴重以及轴距数值
根据所述应力幅值谱计算相应的累积损伤度De以及等效车造成的损伤度Deqv计算
Figure BDA0002207803450000021
求解时，循环计算各变量，且每次循环计算仅改变一种变量，选用在各不同跨径中使得Rdamage方差最小时的一组参数作为所述等效车模型的轴重和轴距数值。
优选的，步骤S1中所述过往车辆的轴重和总重等参数通过安装于车道上的动态称重设备进行采集。
优选的，所述等效轴重根据等效累积损伤原理进行计算：
Figure BDA0002207803450000022
Wei为每类车型第i个轴的等效轴重，
fj为该类车型中第j辆车的频率，
Wji为第j辆车第i个轴的实测轴重，
n为各类车型的总数；
所述等效轴距由每一类车型行驶过的频率作为权重，对每一辆行驶车辆的轴距进行测量或借助资料调研各种车型轴距情况，并通过加权平均进行计算：
Figure BDA0002207803450000023
Ci为每类车型第i个轴的统计轴距，
fj为该类车型中第j辆车的频率，
Cji为第j辆车第i个轴的实测轴距。
优选的，所述跨径简支梁桥的跨径范围包括10m～20m，跨径距离每相差3m作为一种跨径简支梁桥。
优选的，所述累积损伤度De为依据线性积伤律计算的原始应力幅值谱造成的损伤度：
Figure BDA0002207803450000031
De为车辆荷载谱所产生的累积损伤，
A为S-N曲线常数；
所述等效车造成的损伤度Deqv：
Figure BDA0002207803450000032
Deqv为等效车所造成损伤度，
Δσvk和fvk分别为简化等效车所造成的第k个应力幅及其频率；
使
Figure BDA0002207803450000033
中Rdamage趋近于1时，即为所述等效车模型的计算数据，依次筛选计算出所述等效车模型的各轴轴重和轴距数值。
优选的，计算所述Rdamage时，变量参数为等效车轴重和轴距，采用单一变量原则，循环改变所述轴距和轴重进行计算，选取不同的应力影响线下使得Rdamage的方差最小的一组参数值，作为所述等效车模型的轴重和轴距。
优选的，所述等效车模型选用3轴和4轴进行计算。
优选的，所述等效车模型轮距设定为1.8m。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种适用于钢筋混凝土梁桥累积损伤寿命计算的简化标准等效车模型制定方法，建立由实际交通流—车辆荷载谱—等效车模型的模型制定方法，解决了现有技术损伤还原一致性无法直接量化、所建荷载模型可靠性低的问题，并可填补现有国内规范在这方面的空白；此方法通过累积损伤度等效原则，将实际的往来车辆转化为一个与之等效的单车模型，解决了其他方法的模型损伤不能保证一致性的问题，此方法计算出的等效车模型可以减少累计损伤度等效误差，精度更为优良；以此为基础，可以计算出梁桥的损伤寿命，更为准确的计算梁桥的寿命。
附图说明
图1是车辆荷载谱；
图2是应力影响线；
图3是应力幅值谱；
图4是不同跨径等效车模型的Rdamage；
图5是等效车模型；
图6是慢车道年平均交通量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，所述等效车模型将实际的多辆过往车辆过桥产生的损伤等效为一辆车反复过桥产生的损伤。实现这种目的，可以通过以下步骤来实现：
S1、利用安装在车道上的动态称重设备并辅以资料调研，对过往车辆的轴重、轴距和总重等参数进行采集，根据车辆轴数进行分类，并计算出每类车的等效车的各个车轴的轴重以及轴距，根据统计原理获取其车辆荷载谱；
所述等效车轴重Wei按等效累计损伤原理进行计算为：
所述等效车轴距Ci以同一类型车中每辆车出现的频率作为权重或结合资料调研，对每辆车的实测轴距进行加权平均计算得出：
Figure BDA0002207803450000042
式中：Wei为每类车型第i个轴的等效轴重，fj为该类车型中第j辆车的频率，Wji为第j辆车第i个轴的实测轴重，n为各类车型的总数；Ci为为每类车型第i个轴的统计轴距，fj为该类车型中第j辆车的频率，Cji为第j辆车第i个轴的实测轴距。
S2、将跨径梁桥按跨径范围选在10m～20m，每差距3m分为一个种类的梁桥，在跨径梁桥的结构累计损伤热点部位施加单位荷载，以确定其跨径应力影响线；以此为基础利用步骤S1中的所述车辆荷载谱进行加载，从而得出各类车产生的应力幅值Δσe及对应频率fe，不同跨径的应力幅值谱。
S3、根据步骤S2所述的应力幅值谱计算相应的累积损伤度De
Figure BDA0002207803450000051
等效车的损伤度Deqv:
Figure BDA0002207803450000052
依据损伤度一致性的原则使等效车损伤度Deqv向累积损伤度De，使
Figure BDA0002207803450000053
趋近于1。
式中，De为车辆荷载谱所产生的累积损伤度，A为S-N曲线常数；Deqv为等效车所造成损伤度，Δσvk和fvk分别为简化等效车所造成的第k个应力幅值及其频率；Rdamage为实际累计损伤度与等效车损伤度的比值。
根据Rdamage进行计算时，可选取3～4个轴进行计算，通过循环改变轴重和轴距，其中轴重增量为0.01W、轴距增量为0.10m，每次求解时仅对轴重和轴距其中一个进行变化。选取轴距范围内的不同应力影响线所求得的Rdamage方差和最小的一组，作为简化等效车的损伤度数据，此时对应的轴重和轴距作为等效车的轴重和轴距。
所述轴重增量为0.01W中的W为所述车辆荷载谱的等效总重。
S4、等效车模型还应计算处车辆的年通行次数，所述年通行次数可通过交通量实测得出，3轴或4轴等效车模型的年交通量为每年通过桥梁总重大于100kN的交通量。
实施例
调查显示轮距多为1.80m，并且差异不大对等效车模型的影响不大，所以本实施例中就设置等效车模型的轮距为1.80m；本实施例中选取的通过桥梁慢行车道的年均交通量如图6所示，其中快车道交通量为对应慢车道的10％。
本实施例中选用收费站车道上的动态称重设备采集过往车辆的轴重、轴距和总重等参数，并滤除100kN以下的荷载，对剩下的车辆按照轴数进行分类，分为3～6轴共4中类型，进行统计，并根据轴重计算公式：和轴距的计算公式：计算出各类车辆的等效轴重和等效轴距。以此得出车辆荷载谱，如图1所示。
将跨径梁桥按跨径距离分组，针对结构的累计损伤热点位置，分别计算不同跨径钢筋的应力影响线，结果如图2所示；以此为基础，将所述车辆荷载谱对不同的应力影响线进行加载，从而获得各类车辆的应力幅值谱，如图3所示。
然后选择3轴和4轴的等效车样式进行损伤度的计算，以及计算Rdamage的值，此时计算涉及到的变化参数包括轴重和轴距，采取单一参数变化原则进行计算，不断改变轴重或轴距的数值进行循环计算，所述轴重的增量为0.01W(W为所述车辆荷载谱的等效总重)，轴距增量为0.1m，选取使得各跨径Rdamage方差最小的一组参数，作为等效车的标准轴重和标准轴距。本实施例中Rdamage方差最小的结果如图4所示，等效车对各常规跨径Rdamage偏差均在20％以内，跨径越小误差越小，且对于中小型跨径梁桥的累积损伤度误差基本在15％以内。最终建立出的3轴和4轴等效车模型如图5所示。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种适用于钢筋混凝土梁桥累积损伤寿命计算的简化标准等效车模型制定方法，建立由实际交通流—车辆荷载谱—等效车模型的模型制定方法，解决了现有技术损伤还原一致性无法直接量化、所建荷载模型可靠性低的问题，并可填补现有国内规范在这方面的空白；此方法通过累积损伤度等效原则，将实际的往来车辆转化为一个与之等效的单车模型，解决了其他方法的模型损伤不能保证一致性的问题，此方法计算出的等效车模型可以减少累计损伤度等效误差，精度更为优良；以此为基础，可以计算出梁桥的损伤寿命，更为准确的计算梁桥的寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、采集过往车辆的轴重、轴距和总重等参数，并获取所述过往车辆的车辆荷载谱
通过资料调研和动态称重设备采集所述过往车辆的轴重、轴距和总重等参数，并将所述过往车辆根据轴数进行分类，计算各类车的等效轴重、等效轴距和各类车辆占总交通量的频率，依据此获取所述车辆荷载谱；
S2、确定多种跨径简支梁桥的应力影响线，获取各跨径对应的应力幅值谱
对结构累计损伤热点部位施加单位荷载，选取不同的跨径并确定各自跨径简支梁桥的所述应力影响线；利用步骤S1的所述车辆荷载谱进行加载，从而获得各类车产生的应力幅值Δσe和对应频率fe并根据此确定各不同跨径梁桥的所述应力幅值谱；
S3、计算Rdamage，从而得出等效车模型的各轴轴重以及轴距数值
根据所述应力幅值谱计算相应的累积损伤度De以及等效车造成的损伤度Deqv计算
Figure FDA0002207803440000011
求解时，循环计算各变量，且每次循环计算仅改变一种变量，选用在各不同跨径中使得Rdamage方差最小时的一组参数作为所述等效车模型的轴重和轴距数值。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，步骤S1中所述过往车辆的轴重和总重等参数通过安装于车道上的动态称重设备进行采集。
3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述等效轴重根据等效累积损伤原理进行计算：
Figure FDA0002207803440000012
Wei为每类车型第i个轴的等效轴重，
fj为该类车型中第j辆车的频率，
Wji为第j辆车第i个轴的实测轴重，
n为各类车型的总数；
所述等效轴距由每一类车型行驶过的频率作为权重，对每一辆行驶车辆的轴距进行测量或借助资料调研各种车型轴距情况，并通过加权平均进行计算：
Figure FDA0002207803440000021
Ci为每类车型第i个轴的统计轴距，
fj为该类车型中第j辆车的频率，
Cji为第j辆车第i个轴的实测轴距。
4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述跨径简支梁桥的跨径范围包括10m～20m，跨径距离每相差3m作为一种跨径简支梁桥。
5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述累积损伤度De为依据线性积伤律计算的原始应力幅值谱造成的损伤度：
Figure FDA0002207803440000022
De为车辆荷载谱所产生的累积损伤，
A为S-N曲线常数；
所述等效车造成的损伤度Deqv：
Figure FDA0002207803440000023
Deqv为等效车所造成损伤度，
Δσvk和fvk分别为简化等效车所造成的第k个应力幅及其频率；
使
Figure FDA0002207803440000031
中Rdamage趋近于1时，即为所述等效车模型的计算数据，依次筛选计算出所述等效车模型的各轴轴重和轴距数值。
6.根据权利要求5所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，计算所述Rdamage时，变量参数为等效车轴重和轴距，采用单一变量原则，循环改变所述轴距和轴重进行计算，选取不同的应力影响线下使得Rdamage的方差最小的一组参数值，作为所述等效车模型的轴重和轴距。
7.根据权利要求5所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述等效车模型选用3轴和4轴进行计算。
8.根据权利要求5所述的钢筋混凝土梁桥累积损伤简化标准等效车模型制定方法，其特征在于，所述等效车模型轮距设定为1.8m。
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