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车辆荷载反复作用下的疲劳损伤是影响钢桥运营安全和耐久性能的重要控制因素,新桥疲劳设计和既有桥梁的疲劳寿命评估都需采用疲劳荷载,而目前我国的公路桥梁规范还没有疲劳车辆荷载的取值规定,因此,本文依据对九江长江大桥的现场实际交通量调查,共采集到近13万辆汽车的相关动态数据,结合公路桥梁车流的随机性,对大跨径桥梁疲劳设计车辆荷载谱进行了研究,主要内容包括以下几个方面: 1、研究了九江长江大桥车流量的时段分布特性,并分别对混合车型的时段分布、单一车型的时段分布进行了详细阐述,针对九江长江大桥车流量的时段分布特征,提出在00:00～06:00时间段内为最佳道路管养维修时间;基于对九江长江大桥现场交通量的调查,共划分为18类典型车型,考虑到地域、经济等差异性,分车型讨论了开往湖北方向车辆、开往九江方向车辆及双向合并车辆的车重概率分布,计算得到了相应的分布参数特征值,并进行了详细的分布拟合优度检验。 2、建立了能代表九江长江大桥真实运营状况的疲劳车辆荷载谱,分别为由18类日常运营车辆组成的典型车辆荷载谱,及根据等效疲劳损伤原理简化的由7类模型车辆组成的模型车辆荷载谱。 3、采用MATLABGUI编制了一套可视化的大跨径桥梁随机车流仿真程序,充分考虑了车型、车道分布、车重及车间距等交通参数的随机性,设计有随机车流全参数输入界面,具有较强的适用性;基于大跨径桥梁随机车流仿真程序和九江长江大桥实测车流样本的统计分布参数,按混合车型和单一车型分别仿真新建九江长江公路大桥随机车流,并通过样本检验了本随机车流仿真程序的有效性及准确性。 4、基于大跨径桥梁随机车流仿真程序,将九江长江大桥随机车流仿真时间扩大至30天,即720小时,按照等效疲劳损伤原理,重新整理得到720小时18类典型车辆荷载谱,并根据等效疲劳损伤原理简化为由7类模型车辆组成的车辆荷载谱。 5、采用大型通用有限元软件ANSYS建立了大跨径九江长江大桥正交异性钢桥面板有限元模型,分别以实测96小时的典型车辆荷载谱、相应的简化的模型车辆荷载谱及基于720小时随机车流简化的模型车辆荷载谱,参考英国BS5400疲劳荷载加载方式,利用ANSYAPDL语言编制了活载移动加载命令流,加载到钢桥有限元模型上。对三种荷载谱作用下,钢桥的疲劳损伤度进行对比分析,结果发现疲劳损伤度一致性较好,其中基于随机车流仿真简化得到的模型车辆荷载谱更接近实测典型车辆荷载谱,表明了简化的模型车辆荷载谱是可靠适用的,同时也证明了大跨径桥梁随机车流仿真程序的准确有效性。