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高速公路车辆荷载统计特性及应用研究

作　者: 任翔之
导　师: 黄培彦
学　校: 华南理工大学
专　业: 固体力学
关键词: 车辆载荷谱二维随机载荷统计特性模拟随机疲劳实验
分类号: U441.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

公路桥梁结构在使用过程中所承受的车辆荷载、人群荷载、风荷载以及地震荷载都是随时间变化的载荷,可称之为随机载荷。在随机载荷作用下桥梁结构发生破坏的机理与其它载荷下的破坏机理不同。而且,对于随机载荷,需要研究活载的频值谱即载荷谱。目前,英国、美国、德国、日本等国家都在各自的桥梁设计规范中给出了相应的疲劳设计车辆载荷谱。但是,我国的桥梁设计规范还没有给出供疲劳设计使用的车辆载荷谱。然而,标准车辆载荷是公路桥梁设计的主要依据,它直接关系到结构的安全性和经济性,制定符合实际情况的车辆载荷谱具有重要的科学意义和工程应用价值。因此,本文对高速公路车辆荷载统计特性及其应用展开探讨。主要研究内容及结论如下：(1)高速公路车辆载荷数据的采集。采用人工调查、录像等方法对广州市某高速公路(单幅3车道)的车辆通行情况展开实地调研,按照时间、车道、车辆类型(载重量)等变量予以分别统计的方法,对一个月内该高速公路的交通流进行了统计,采集了相关的车辆载荷数据,得到了宝贵的第一手资料。(2)二维车辆载荷谱的统计分析。将车辆的通行时间、位置(车道)作为自变量,分别探讨了在上述高速公路通行的各类车辆(载荷)的统计特性,给出了它们的概率分布函数、自相关函数或互相关函数、功率谱密度函数,探明了高速公路二维车辆载荷谱的统计特性。(3)二维随机载荷(车辆载荷)的数值模拟。采用本课题组提出的基于分布转换等技巧的非高斯过程的数值模拟方法,实现了服从Weibull分布的二维随机载荷谱的数值模拟。(4)二维随机载荷作用下的疲劳实验方法。基于损伤等效原则,考虑过小、过大载荷的影响,并将二维随机载荷转换为只与时间相关的一维随机载荷,实现了实验谱的编制。在此基础上,提出了利用现有的MTS实验系统来实现二维随机载荷作用下桥梁结构件疲劳实验的方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-11
    1.1.1 引言  9-11
    1.1.2 本研究的目的及意义  11
  1.2 研究现状及分析  11-16
    1.2.1 车辆载荷谱  11-14
    1.2.2 随机载荷的模拟方法  14
    1.2.3 实验谱的编制  14-16
    1.2.4 随机疲劳实验方法  16
  1.3 本论文的主要研究内容  16-18
第二章二维车辆载荷谱  18-54
  2.1 引言  18
  2.2 载荷谱概述  18-19
  2.3 车辆载荷的数据采集  19-22
  2.4 载荷谱的统计特性  22-53
    2.4.1 随机载荷的统计方法  22
    2.4.2 随机过程的统计特性  22-28
    2.4.3 车辆载荷谱的统计方法  28-34
    2.4.4 载荷谱的概率密度函数  34-35
    2.4.5 相关函数  35-38
    2.4.6 功率谱分析  38-48
    2.4.7 分布函数  48-53
  2.5 本章小结  53-54
第三章载荷谱的模拟及编制  54-67
  3.1 引言  54
  3.2 车辆载荷谱的模拟方法  54-59
  3.3 模拟结果及分析  59-62
  3.4 载荷谱的编制  62-66
    3.4.1 损伤等效原理  62-63
    3.4.2 载荷谱编制  63-66
  3.5 本章小结  66-67
第四章二维随机载荷下的疲劳实验方法  67-75
  4.1 引言  67
  4.2 实验谱的改编  67-68
  4.3 实验材料及试件  68-71
    4.3.1 实验材料  68-69
    4.3.2 最少试件数估计  69-70
    4.3.3 试件设计  70-71
  4.4 实验仪器及设备  71-73
  4.5 实验方法  73-74
  4.6 本章小结  74-75
结论与展望  75-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间取得的研究成果  81-82
致谢  82-83
答辩委员会对论文的评定意见  83

高速公路车辆荷载统计特性及应用研究

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