大跨度索吊桥梁荷载试验车辆安全布载及优化

According to safety problem on long-span bridges with cables or suspenders,the strutural safety and economy problem on test loading layout are studied with theoretical analysis and numerical simulation. Taking the loading test of long-span bridge with cable or suspender(mainly in cable-stayed bridge, suspension bridge, beam-arch combination bridge)as research object, the test conditions with safety problem and the position of sensitive sections are conclued. Ensuring loading test safety and below load efficiency of multiple components as constraints conditions, the optimization with load efficiency and vehicle total numbers as a target function are analyzed. Furthermore, the loading test method of safety and economy layout with typical parameters is concluded and the specific program "Loading test automatic layout system of long-span bridge with cable or suspender" is developed. Finally, based on statistical analysis of randomly variables and reliability principle, the reliability of long-span bridges' loading test is discussed for the purpose on loading test safety. The subject research can improve the loading test method of long-span birdge and can provide useful supplement on the safety evaluation.

针对目前索吊桥梁荷载试验中存在的安全性及大跨度桥梁荷载试验中的经济性问题，以几类典型大跨度索吊桥梁（斜拉桥、悬索桥、梁拱组合桥）为研究对象，从理论和模型分析上进行研究，厘清索吊桥梁荷载试验时存在安全问题的测试工况及敏感截面位置；在保证荷载试验安全的前提下，以多构件敏感截面加载效率不超标为约束条件，研究以加载截面效率和车辆总数为目标函数的有约束优化问题，归纳出典型参数下各类索吊结构安全经济的荷载试验布载方案并编制专用加载程序"大跨度索吊桥梁荷载试验自动布载系统"；结合可靠度原理，在完成各随机变量参数统计分析的基础上，研究大跨度索吊桥梁荷载试验时的可靠度问题，确保大跨度索吊桥梁结构荷载试验时的安全性。课题研究成果可为规范我国现有的大跨度桥梁荷载试验方法提供有益参考，同时为完善大跨度桥梁安全性评价提供有益补充。

课题研究针对目前索吊桥梁荷载试验中存在的安全性及大跨度桥梁荷载试验中的经济性问题，针对拱式结构、斜拉结构、悬索结构三种不同桥梁结构体系，系统地阐述了各类桥型在荷载试验车辆布置存在的安全性问题，详细计算分析了易产生效率超标的布载形式，剖析了其产生的原因；厘清索吊桥梁荷载试验时存在安全问题的测试工况及敏感截面位置。在保证荷载试验安全的前提下，以多构件敏感截面加载效率不超标为约束条件，开发完成了索吊桥梁荷载试验车辆安全布载自动化加载的专用程序，为索吊桥梁荷载试验的快速安全布载提供了有效的解决方案。主要研究结果有：1）三类典型的索吊桥梁静载试验时采用常规的试验车辆布载方式均易出现非控制截面加载效率超标的问题，影响结构安全；并分析确定了三类典型索吊桥梁各自的影响工况。2）以试验车辆布置位置为目标，以布置在控制截面影响线峰值处的首排车辆为基准生成所有可能的车辆布置位置，并根据控制截面和非控制截面加载效率、车辆纵向间距、设计车道数等约束条件对所选取的车辆布置位置加以限制，编制完成了索吊桥梁荷载试验车辆安全布载自动化加载的专用程序。课题研究成果已在国内部分索吊桥梁荷载试验方案设计中得到成功应用，在保证荷载效率系数不超标的前提下，通过课题组编制的专用自动化安全布载程序完成了静载试验方案设计及优化并成功在实桥荷载试验中实施，在保证结构安全的前提下减少了荷载试验时间，节约了试验车辆成本。课题研究对规范我国现有的大跨度桥梁荷载试验方法提供有益参考，同时为完善大跨度桥梁安全性评价提供有益补充。