大跨径多塔缆索承重桥梁车辆荷载模型

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。

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。