考虑结构损伤的公路混凝土梁桥车桥耦合多尺度动力行为研究

我国现有桥梁规程主要基于结构静力性能，对既有桥梁的维护、评定和改造等工程问题给出指导意见，而对桥梁车载动力性能多采用简化和定性的方法考虑。工程实例表明，结构损伤与车载下桥梁动力行为的耦合作用是导致桥梁性能持续劣化乃至发生恶性事故的重要因素之一。深入研究结构损伤对车载下桥梁动力性能的影响十分必要。.本项目以公路中应用最为广泛的混凝土梁桥为对象，联合损伤力学原理和有限元方法，研究桥梁典型损伤的数值模拟方法；基于多尺度分析理论和动力子结构分析技术，提出具备融合单一和多损伤联合作用的车桥耦合振动多尺度分析方法，结合模型和实桥试验对方法进行验证。以此为基础，研究揭示结构损伤及损伤演化对车桥动力行为的影响机理和规律，建立基于车载下桥梁动力性能的桥梁评价理论框架。从车载动力工作性能的角度，为既有桥梁科学维护、状态评估、加固改造和危旧桥梁运营荷载标准的制定等工程问题的精细量化处置提供理论依据和决策支持。

本项目针对考虑结构损伤的公路混凝土梁桥车桥耦合多尺度动力行为开展研究。首先，项目基于大量既有旧桥试验检测数据资料并结合国内外相关资料和研究文献对公路混凝土梁桥常见典型损伤进行调查和分类（分为11类）。针对具体损伤类型，联合损伤力学原理和有限元方法，提出各类典型损伤的数值模拟方法，基于模型试验对部分损伤类型进行了验证，其他根据文献结果进行了间接验证，结果可为相关研究提供参考和借鉴。其次，依据交通荷载调查分类，建立了公路常见重车四类13个车型的车辆空间计算模型，并推导各类车辆运动方程，完善了公路桥梁典型车辆的动力分析模型；提出基于多级分析理论的混凝土梁桥多尺度模型建模策略，采用ANSYS建立了可反映混凝土梁桥局部细节和整体动力行为的多尺度分析模型，基于模态综合技术，采用Matlab编制开发了包含前处理模块、计算分析模块和后处理模块的车桥耦合振动的多尺度分析程序；通过实际桥梁的动载试验进行了程序验证；然后，基于损伤模拟及车桥耦合振动多尺度分析方法，建立了考虑结构损伤的公路混凝土梁桥车桥耦合多尺度分析方法，编制面向结构损伤的混凝土梁桥车桥耦合振动分析程序。最后，选取典型桥梁进了既有结构损伤对车桥耦合振动的影响规律和作用机理研究。项目组分别针对典型桥例，进行了考虑不同损伤类型、程度、位置及不同车辆作用形式下，桥例结构多种响应类型（位移、应变和加速度）的敏感性分析，对相关的影响规律进行了总结，建立了基于车载下桥梁动力性能的结构损伤指标和分级标准，为既有桥梁的损伤识别研究、科学维护、状态评估及加固改造等工程问题的精细化处置提供理论依据和决策支持。