随着桥梁结构向高强、轻质方向发展,超重车过桥的情况愈来愈频繁。由于城市桥梁具有交通量大、作用荷载类型多样和多车道作用效应引起的结构受力复杂等特点,为确保超载超限车辆安全通行和城市桥梁正常使用,本文依托于国家重点研发计划“城市快速路桥梁超限荷载监测预警系统与安全风险控制技术(2017YFC0806001)”,对超限荷载谱下城市桥梁安全评定方法进行研究。同时,对依托工程进行实桥运用。本文研究内容和成果如下:(1)通过WIM系统收集某城市桥梁车辆载荷数据资料,并对每个车道交通车流量统计特性进行计算分析,得到含有超限车辆数据样本的均值、方差、车辆荷载自相关函数和功率谱密度函数。同时,对折算后的车流量计算车辆概率密度函数。通过拟合,发现每个车道车流量数据服从威布尔分布函数。最后通过分布转换实现车流量非高斯转为高斯过程的数值模拟,编制具有实际超限情况特征的超限荷载谱。(2)分析超限荷载谱下三种代表桥型(空心板梁、T梁和小箱梁)的结构响应和响应特征,并于设计值进行对比,得到以下结论:由于桥梁之间的横向联系,同一桥型不同梁体的“弯矩—时程”图变化趋势相近;车道作用点所在的主梁响应更加明显,相比之下,非作用点的主梁没有受到外部激励,该位置的结构响应主要来自于荷载效应的横向分布,荷载谱对其梁体影响较小,其响应幅值和响应极值与靠近作用点的梁体呈现递减的趋势。(3)通过Midas软件进一步对超限荷载谱作用下三个桥型进行结构验算。同时,以现有的安全评价体系建立超限荷载谱下的城市桥梁安全评定体系:1)采集并统计整理桥梁交通情况信息,分析交通荷载统计特性并提取交通流中超限荷载工况;2)根据采集的交通信息编制超限荷载谱;3)对需安全评定的桥梁进行外观检查和承载能力评定,通过实测桥梁性能和状态建立与实桥运营情况相似的有限元模型;4)计算城市桥梁在超限荷载谱作用下的荷载效应,根据相应规范分析城市桥梁空间响应超限情况、结构稳定性和承载能力安全性;5)根据实际检测的桥梁性能参数和结构状态,对比分析判断桥梁状态;6)基于大量分析结果样本对城市桥梁的运营情况进行安全评定。(4)根据提出的超限荷载谱下城市桥梁安全评定方法对依托工程进行工程运用,并与传统安全评定方法评估结论进行对比,发现两者评估结论基本一致,说明该方法所得的评估结论可信。并且,与传统方法相比,本文提出的方法以日常监测、监测和验算(超限荷载谱)为一体,更加经济且能够较为准确反映在实际交通情况下城市桥梁的运营情况,并充分考虑超限荷载的情况,为后一步的维修加固提出准确的指导作用。本文研究结果丰富了城市快速路超限荷载谱及其对桥梁结构损坏评估方法相关研究,有利于提升我国城市桥梁安全畅通水平。并且,对探索超限荷载下桥梁结构风险的控制方法与技术、桥梁超限分区监测预警及风险联动控制技术体系集成和示范等后续研究具有重大的科学意义和工程实际价值。