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部分预应力混凝土(PPC,Partially Prestressed Concrete)桥梁结构性能介于普通钢筋与全预应力混凝土桥梁之间,具有强度高、延性好的优点,一般不会发生强度与刚度破坏,但在超载车辆作用下的疲劳问题引发关注。随着我国交通运输行业的不断发展,公路车流量与车辆载重量逐步提升,持续增长的随机重载车流的长期作用将导致PPC桥梁处于带裂缝工作状态,从而放大其疲劳效应。本文依托国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“特大跨径桥梁安全性设计理论与方法”(2015CB057706)和国家自然科学基金项目“大跨径混凝土斜拉桥主梁疲劳演变机理与评估方法”(51678068),基于实测车流数据与桥梁疲劳可靠度理论,围绕重载随机车流作用下PPC桥梁疲劳应力谱模拟与多参数疲劳可靠度评估的关键科学问题,研究了考虑实际车辆参数、车辆冲击效应、车流密度参数、路面不平整度、车流增长与限载措施等因素对PPC简支梁桥与斜拉桥PPC主梁的疲劳可靠度的影响。基于实测车流的桥梁疲劳可靠度评估结果可为PPC桥梁的优化设计、运营维护和交通管控等提供理论依据,为PPC结构在桥梁工程中的推广应用奠定理论基础。主要研究内容和结论如下:(1)研究了疲劳荷载作用下PPC梁疲劳应力与裂缝宽度的非线性数值模拟方法。基于疲劳荷载作用下钢筋与混凝土之间的粘结-滑移关系,推导了混凝土开裂后非预应力钢筋与预应力钢筋之间的应力分配公式,提出了疲劳荷载作用下PPC梁最大裂缝宽度计算公式与方法,并由两个T梁疲劳试验算例验证了分析方法的可行性与精确性。(2)基于我国高速公路长期监测的动态称重(WIM,Weigh in Motion)数据,建立了重载随机车流荷载模型。对比了随机车流荷载模型与国内外典型疲劳车流模型的区别,分析了日车流量、车型、车重、车距、车道及车速等参数的概率分析规律,采用Monte Carlo抽样方法生成了随机车流荷载模型。所建立的随机车流荷载模型能够捕捉到实际车流的超载概率、车流增长、密集程度、限载措施等信息,为研究车流参数变化对桥梁疲劳可靠度的影响奠定了基础。(3)针对大量随机车流荷载作用下的车桥耦合振动分析的耗时问题,提出一种考虑车型、车重、车速等随机参数直接计算桥梁疲劳应力的插值响应面方法,显著提高了随机车流作用下桥梁疲劳应力谱的模拟效率。简支T梁桥的算例分析结果表明,对于处于“差”路面平整度状态,桥梁疲劳损伤值是考虑设计规范(JTG D60-2015)冲击系数效应的16.71 倍。(4)建立了 PPC桥梁疲劳损伤功能函数,揭示了预应力度、路面不平整度、交通限载及车流增长等参数对中小跨径PPC梁桥疲劳可靠度的影响。研究结果表明,当预应力分别为0.4、0.6及0.8时,PPC简支T梁桥的疲劳可靠指标分别下降至5.0、4.1和3.2,“差”路面状态下的交通量增长导致疲劳可靠指标由3.0下降至1.5,当限载率Ro分别取为100%和50%时,PPC梁桥疲劳可靠指标可分别提升至3.8和4.8。(5)针对大跨斜拉桥PPC主梁的疲劳应力分析,提出了考虑随机车流密度的疲劳应力谱模拟方法,揭示了车流参数变化对PPC主梁疲劳可靠度的影响。以某主跨为420 m混凝土斜拉桥为工程背景,采用元胞自动机模拟稀疏与密集随机车流,分析车流密集程度对斜拉桥疲劳应力谱的影响;研究了部分预应力对主梁疲劳可靠度的影响。在桥梁100年运营期内,部分预应力混凝土主梁的疲劳可靠度指标约为4.23,交通量增长导致部分预应力主梁的疲劳可靠指标由4.23降至3.10,采用Ro=100%的限载措施,可使得疲劳可靠指标提高至3.76。