基于可靠度的适用于既有桥梁承载力评估的动力冲击系数

Recent years have witnessed rapid development of highway bridges all over the world along with steady increase of vehicle load and speed. Increasing number of bridge damages and even collapses have also been seen due mainly to structural deficiency and functional obsoleteness of aging bridges and vehicle overloading. Therefore, accurate evaluation of the health condition of existing bridges and strict enforcement of control over overloaded vehicles would be critical to ensure the safety of highway bridges. Researchers around the world, including China, have noticed that most bridge design codes may have underestimated the dynamic impact factors on old bridges. One main reason is that the dynamic impact factors prescribed in the bridge design codes are aimed to guide design of new bridges and have not taken into consideration the deteriorated road surface conditions of old bridges. Therefore, bridge capacity rating using the code-specified dynamic impact factors may overestimate the bridge's true load-carrying capacity and lead to potential disaster. In China, the collected in-situ dynamic impact factor data used in developing the dynamic impact factors prescribed in the current bridge design codes may have become obsolete and cannot truly represent the current bridge conditions and vehicle loading. To address these issues, the proposed project aims to obtain accurate and objective statistics of the dynamic impact factors for existing bridges in China by means of numerical simulation and field test, and to propose reasonable dynamic impact factors for capacity rating of existing bridges in China using statistical analysis approaches and reliability methods. The proposed project is expected to have significant effect in guiding the capacity rating of highway bridges in China and therefore ensuring the safety of China's infrastructure and people's lives.

近几十年来世界各国公路桥梁建设发展非常迅速，车辆荷载和车速均不断提高，由桥梁结构功能老化和车辆超载引发的桥梁破坏甚至倒塌事件屡见不鲜。准确评估既有桥梁的安全状况，严格控制超载车辆，是保证桥梁安全的关键。世界各国（包括我国）学者已指出桥梁设计规范中使用的冲击系数低估了老桥上的实际冲击系数，原因在于桥梁规范旨在指导新桥设计，并未考虑到老桥桥面损坏等情况。因此，使用规范中的冲击系数可能高估桥梁实际承载力，误导安全评估甚至酿成灾难。在我国，作为现行桥规制定依据的实测冲击系数样本很可能已经过时而不能准确反映桥梁结构和桥面以及车辆荷载的真实状况。针对以上现状，本项目拟通过数值模拟和现场试验相结合的方式来获得比较准确客观的既有桥梁的冲击系数统计特性，通过概率和可靠度分析方法提出适用于既有桥梁承载力评估的科学合理的动力冲击系数。这将对准确评估我国桥梁安全进而保证国家财产和人民生命的安全具有十分重要的意义。

近年来世界各国交通荷载（包括交通量和车辆重量）不断提高，由桥梁结构衰退和车辆超载引发的桥梁破坏甚至倒塌事件屡见不鲜。准确评估既有桥梁的承载力状况是保证桥梁安全的关键之一。然而，由于未充分考虑到桥面损坏等情况，桥梁规范中使用的冲击系数(IM)通常低估了老桥上的实际冲击系数，因而导致高估桥梁的实际承载力。针对此现状，本项目的总体目标在于获得比较准确客观的既有桥梁的冲击系数，为规范和工程实践提供指导。.本项目的主要研究内容及成果主要包括以下几个方面：（1）研究了不同响应的动力冲击系数之间的关系。以往的研究均未区分由不同响应计算的动力冲击系数的差别，规范中也没有明确规定计算动力冲击系数的响应类型。本项目建立了一系列桥梁模型，通过数值模拟获得了由不同桥梁响应，包括弯矩和剪力，计算的动力冲击系数值，并研究了他们之间的关系，填补了这部分研究的空白。（2）研究了桥梁在汽车制动作用下的动力冲击系数。汽车制动可能会导致较大的动力冲击。然而，以往研究没有对此情况下的冲击系数进行系统深入的研究。本研究选择最常见的钢筋混凝土简支梁桥，系统地分析了汽车制动过程中各个因素对动力冲击系数的影响，并且对比了此种情况下冲击系数和汽车匀速行驶下冲击系数的关系，得出了有用的结论。（3）研究了桥梁整体冲击系数和局部冲击系数之间的关系，为桥梁局部设计时动力冲击系数的采用提供了指导。另外重点研究了伸缩缝损害对桥面板局部冲击的影响，发现破损的伸缩缝会导致较大的局部冲击效应，这在桥梁设计时应该引起重视。（4）研究了在桥面维护周期内路面平整度变化对冲击系数的影响。发现在平整度较差的情况下，桥梁的冲击系数会比规范中的取值大较多，这在疲劳设计时应该引起重视。根据研究结果，提出了适用于钢桥疲劳设计的动力冲击系数。.该研究项目成果一共发表（含录用）SCI论文14篇，EI收录论文4篇。本项目研究成果的取得，填补了本研究方向上的许多空白，为桥梁规范的制定和工程实践提供了重要的参考，最终为保证我国桥梁的安全设计和评估提供重要的指导意义。