Page 277 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 赵启凡，等：考虑随机车载与循环徐变作用的预应力混凝土 T 梁桥时变可靠度分析 1481

在桥梁长期服役过程中，收缩和徐变作为混凝 靠度评估方法，考虑了交通荷载与材料老化的影响，
土的固有特性，会引起预应力混凝土梁桥的附加变 将这种方法应用于评估 Hwaygang-Jobal 大桥的时变
形，导致内力重分布，造成桥面开裂和预应力损失等 可靠性；LI 等 [9] 利用 ANSYS 软件构建了原型桥的主
后果，最终导致桥梁跨中过度下挠和梁体混凝土开 跨有限元仿真模型，随后以跨中腹板为研究对象，对
裂。因此研究混凝土的收缩、徐变对桥梁长期承载 重型车辆通过原型桥时的动力可靠度进行了全面分
能力的影响至关重要。在现有的混凝土收缩、徐变 析与讨论。
研究中，常考虑自重引起的混凝土徐变，并使用静态 基于上述研究，本文引入动态称重（WIM）系统
车辆荷载来模拟交通荷载，往往忽略了其与动态车 实测数据，使用 MATLAB 进行蒙特卡罗抽样模拟随
辆荷载对挠度变化和应力重分布的耦合作用。在预 机车辆荷载；结合 CEB-FIP 模型与混凝土循环徐变
应力混凝土桥的长期服役过程中，结构抗力随时间 理论，考虑收缩、静力徐变和循环徐变对桥梁过度
不断下降。对于实际的预应力混凝土 T 梁桥，车辆 下 挠 的 影 响， 推 导 桥 梁 时 变 可 靠 度 分 析 方 法 ； 在
的通过会对主梁截面产生明显的应力波动。这些应 MIDAS/Civil 中建立有限元模型，计算所建预应力混
力波动导致混凝土中出现微裂缝，进而诱发循环蠕 凝土连续 T 梁桥的时变响应，对桥梁进行安全评估。
变。当桥梁承载轻型车辆时，混凝土循环徐变对时 研究流程如下：
变挠度的影响可以忽略不计。但对于经常承载重型 （1）根据 WIM 实测数据的分布信息，建立随机
车辆的大跨度预应力混凝土梁桥，应认真考虑时变 车辆模型，并采用蒙特卡罗方法获得随机车辆荷载；
效应对混凝土收缩、徐变的影响，并重新计算其桥 （2）利用 MIDAS/Civil 建立有限元模型，以确定
梁的时变可靠指标。在计算时变可靠度的研究方 PC 连续梁桥在动态重载车辆、混凝土收缩和徐变耦

面：LU 等 [1] 提出了一种基于二分类概念的高斯过程 合效应下的内力响应；
响应面方法，该方法可以预测在温度和收缩徐变作 （3）在 CEB-FIP 模型和现有研究的基础上，推导
用下钢管混凝土拱肋的等效刚度，得到拱肋力学性 出考虑混凝土收缩、静力徐变和循环徐变的构成模
能的时变退化规律，从而为分析收缩徐变条件下钢 型和可靠度函数公式；
管混凝土拱桥的结构性能和时变可靠度提供方法； （4）结合桥梁抗力退化模型，对桥梁的安全极限
TONELLI 等 [2] 为了考虑复杂结构可靠性分析中收缩 状态和使用极限状态进行时变可靠性分析。

和蠕变的不确定性影响，采用基于某预应力混凝土桥
梁健康监测数据的 MCMC（Markov chain Monte Carlo）
1 随 机 车 辆 模 型
方法进行贝叶斯方法推导，并采用重要性抽样（IS）

方法提高可靠度评估的计算效率；CHEN 等 [3] 分析了
1.1 总体车流量与车辆分类
混凝土收缩、静力徐变、循环徐变以及预应力筋应
力松弛相融合的混凝土箱梁桥时变挠度可靠度评估 总体车流量数据决定了桥梁结构在一定时期内
方法。在结构抗力退化研究中，通常采用退化函数 车载应力循环的次数。图 1 所示为 2016 年某公路
来描述这一过程：FAN 等 [4] 提出了一种基于贝叶斯 3×45 m 单向双车道预应力混凝土连续 T 梁桥全年监
理论与抗力退化模型的桥梁抗力预测方法；YUAN 测的过桥车辆数据。根据交通调查给出的车流量监
5
5
等 [5] 考虑结构抗力退化的过程变化，提出了一种时 测数据可知，每 10 日车流量约在 2.5×10 ~3.0×10 辆
变可靠度评估方法，并讨论了车辆荷载过程的非平 之间。其中 4 月上旬，由于道路处于维护施工状态，
稳性。 车流量下降 [10] 。
在以往的研究中，往往将交通荷载简化为一个
×10 5
较为平稳的随机过程。然而，随着社会经济的不断 上旬
3.5 中旬
发展，车流量逐渐增加，重车数量逐年上升，预应力 3.0 下旬
混凝土梁桥的疲劳损伤累积成为导致桥梁破坏的关 2.5
键因素。在随机车辆荷载的研究方面：LUO 等 [6] 研 车流量 / 辆 2.0
究了循环车辆荷载和环境作用造成的综合影响，并 1.5
1.0
进行了数值运算，为估算桥梁寿命和推进老化的预 0.5
应力混凝土桥维护提供了理论基础；ZHOU 等 [7] 将随 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
机车辆荷载与混凝土的抗力退化模型进行结合，对 时间/月

预应力混凝土简支梁的可靠度进行了评估；KIM 等 [8] 图 1 年度平均每 10 日车流量
提出了一种后张法的预应力混凝土箱梁桥的时变可 Fig. 1 Annual average traffic volume per 10 days