考虑风及极端事件下桥梁及引桥道路段随机交通流仿真及桥梁动态行为分析

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大跨桥梁一般建设在大洋、大河或峡谷之上,因为其在道路交通系统中的特殊地位及其承载的交通流量较大。而其所处的特殊位置又决定了其经常承受强风的作用。虽然主要承受微风和承载普通交通流量的常规情况,但是不排除遭遇很多偶然事件的可能性。这些偶然事件包括复杂的交通堵塞、飓风天气甚至这两种偶然事件一起发生的更复杂的事件。例如,当桥上或引桥道路段发生交通事故或因为桥梁和道路的养护维修而关闭部分车道时有可能引起交通堵塞。当飓风天气来临或已经来临时桥梁和引桥道路可能会采取关闭桥梁的措施,所以必须疏散已经行驶中的交通流,而疏散的过程中不排除前面提到因为各种原因而导致交通堵塞的可能性。  另外,对于柔性的大跨桥梁来说,强风和桥上车流荷载的耦合作用也有可能引起对桥梁的破坏性作用。众所周知,桥梁在这些很少发生或者发生持续时间也很短的事件中会产生很大动应力,而过大的动应力会对桥梁产生原始破坏或对局部脆弱部位产生破坏累积。除了以上提及的加速破坏等危害外,这些很少发生的偶然事件也有可能让某些存在但没被发觉的设计缺陷暴露出来,从而加速桥梁的整体破坏。因此,尽管部分车道关闭或交通堵塞状况下伴随强风作用等极端事件出现的概率很小,即便发生持续时间也很短,但是一旦发生后果非常严重,所以桥梁工程师在进行桥梁设计及桥梁的养护维修管理时不能不将这些可能的事件考虑进去,以确保桥梁全寿命周期的安全和稳定。  本文应用常规风-车-桥耦合分析方法对以上提及的偶然事件发生情况下桥梁的动态行为进行了详细了分析,对主要影响因素及影响规律进行了归纳以便为以后道路工程中桥梁枢纽段的设计及安全评估提供理论依据和建议。论文主要研究重点如下:  (1)采用元胞自动机交通模型仿真偶然事件下桥梁和引桥道路段的车流情况;  (2)定义偶然事件的类型及组合方式,比如强风天气和车流满载的组合等;  (3)数值求解上述定义偶然事件下桥梁的动态振动行为。  通过对桥梁在这些偶然事件中的动态行为分析可以让桥梁工程师从桥梁强度和正常使用要求两方面对偶然事件下的桥梁行为有一个更好地了解。而本文采用的等效轮重动荷载方法为风-车-桥耦合分析提供了一种简化的模型框架,而元胞自动机交通模型的引入则为真实模拟车流荷载提供了一种新的思路。两者的结合也为更好地分析偶然事件下结构物的安全评估及动态行为分析提供了一种更方便更有效的方法。
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