高原山区公路桥梁疲劳荷载谱研究

For the plateau mountainous area as Yunnan province, highway communication is the main mode of transportation. Due to the geographical characteristics of plateau mountainous area, the road traffic is very special, although the total traffic volume is not large, but the load of single vehicle is very big. Especially in the mining area, the vehicle load is far more than the existing load of the rules and regulations, and more vehicles can affect the fatigue life of bridge structures, if considering the overload situation, it will be more serious. This project is based on the investigation in highway traffic, according to the survey data, a suitable fatigue load spectrum for plateau mountainous areas combined with bridge fatigue life analysis will be developed. Because there are a large number of types of vehicles, it will be quite tedious that these loads are used directly to analyze the fatigue life of bridges. In this project, simplified practical fatigue load spectrum will be developed through the mathematical modeling analysis, which can be used in fatigue analysis and design of highway bridges in plateau mountainous area as Yunnan.

对于类似云南省这样的高原山区，公路交通是主要的运输方式。由于高原山区的地域特点，其公路交通车辆非常特殊，虽然总的交通量未必大，但是单车荷载较大。特别是在矿山区，其汽车荷载远远超过现有规范规定的荷载，对桥梁结构疲劳寿命能够产生影响的车辆多，如果考虑到超载情况，将会更加严重。本项目将在公路交通情况调查的基础上，依据调查数据，结合桥梁疲劳寿命分析，来制定适合高原山区的疲劳荷载谱。由于车辆种类繁多，直接用于桥梁的疲劳寿命分析会相当繁琐。本项目利用数学建模方法，通过分析，简化制定实用疲劳荷载谱，可以用于类似云南省这样的高原山区公路桥梁的疲劳分析和疲劳设计。

云南省地处高原山区，水电及矿产资源丰富，车辆超限超载现象严重。超限超载车辆过桥将会造成严重的疲劳损伤，损伤持续累积最终可能导致桥梁垮塌。采用准确的疲劳车辆荷载谱进行抗疲劳设计是保证桥梁结构安全运营的关键，然而我国现行的公路桥梁设计规范仅给出了一辆疲劳标准车作为疲劳设计荷载，未能考虑各地区交通运输特征的差异；而其他地区已有的车辆荷载谱未必适合直接在云南山区使用，因此，项目针对云南省高原山区有代表性的高速公路桥梁、二级公路桥梁、低等级公路桥梁分别开展交通荷载调查与疲劳分析。研究发现：（1）高速公路桥梁、二级公路桥梁、低等级公路桥梁的交通荷载有明显区别。随着公路等级的降低行驶条件逐渐受限，日平均交通量、超载率、车速也逐渐降低。由于低等级公路缺少有限的监管，整体超载率也比较高。（2）研究制定了各级公路的疲劳车辆荷载谱，包括典型车辆荷载频值谱、实用模型疲劳车辆荷载频值谱、标准疲劳车三类。（3）对高速公路疲劳荷载谱提出了1.6的超载超限增大系数，并对不同车速下的超限超载增大系数提出修正系数。当车速小于100 km/h时，超限超载增大系数与修正系数能较好模拟不同车速下的超限超载效应，当高于100 km/h时，偏于安全。（4）随着车速和桥梁跨径增大，二级公路疲劳荷载谱造成的疲劳累积损伤远远高于高速公路的疲劳累积损伤。（5）为了保证结构安全，对低等级公路提出的疲劳荷载谱的计算结果取0.901的修正系数。本项目研究结果对于云南地区桥梁抗疲劳设计及其运营维护具有良好的指导意义。