基于合成车流的桥梁车辆荷载效应极值预测

车辆荷载是公路桥梁设计与评估过程中的关键问题之一,现有规范的车辆荷载取值适用于一般设计,对于精度要求更高的在役桥梁评估或桥梁关键构件设计,应结合实际车辆荷载特征,建立相应的车辆荷载模型.考虑我国现有大量静态车辆交通流数据的特点,提出了采用合成车流方法模拟交通流并实现荷载效应预测的方法,详细描述了基于合成车流的车辆荷载效应模拟方法,检验了Rice公式方法对于合成车流荷载效应极值预测的适用性,以此建立基于合成车流的车辆荷载效应模拟及其极值预测过程.最后,通过算例校验了合成车流荷载效应以及预测荷载效应极值的准确性,并简要对比了现有规范与本文方法在车辆荷载效应方面的差异.     

混合交通流作用下大跨径桥梁车辆荷载效应分析

卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式，小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加，且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多，结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应水平及其与普通车辆形成的混合交通流对桥梁结构的影响，评估现行规范的适用性，调研了国内外关于卡车列队的实际测试和理论研究，基于在役大跨径桥梁的实测交通流数据，提出了卡车列队荷载模型和混合交通流模拟方法。以一座大跨径悬索桥为主要背景工程，考虑实际的桥梁运行情况，实现了混合交通流模拟，研究了代表性混合交通场景中结构的车辆荷载效应水平和安全性，分析了卡车列队模式以及混合交通流对于大跨径悬索桥汽车荷载效应的影响。分析结果表明，混合交通流作用下的荷载效应水平较普通车辆车流有明显提高，但仍低于规范加载值。不同加载场景下的效应值约为规范值的35%～80%，现行规范对于卡车列队参与的混合交通流作用下结构的整体效应和区段效应均可提供较好的安全裕度，能够保证桥梁在未来相应运营状态下的安全服役。     

城市桥梁拥堵状况下车辆荷载模型及其对桥梁的影响研究

通过分析城市道路的车流分布特点,分别建立了小轿车、大型客车和重型车三类车辆模型,然后依据拥堵情况拟定针对城市桥梁拥堵的车辆荷载模型。通过实例计算,比较分析桥梁在设计状态下和拥堵状态下的荷载效应。计算表明,由小轿车和重型车组成的拥堵车辆荷载产生的荷载效应可能大于城A和城B荷载产生的效应,是影响桥梁安全的一个重要因素。     

基于车辆统计数据的汽车荷载标准值取值与评估

以若干路段连续一周的车辆调查结果为基础,运用该路段上各种车型的车重、轴距、轴重及车头间距的统计参数和分布特征,结合汽车厂家和实测轴距和轴重,给出了各代表车型的轴距及轴重分配比例的统计参数。根据统计参数,结合蒙特卡洛方法,利用Matlab语言编制了随机车流模拟程序和随机车流在影响线上的加载程序;通过程序计算得到随机车流作用下实际桥梁n d的荷载效应最大值,进而对其进行统计分析,得到基于车辆统计数据下的汽车荷载效应标准值,并与现行规范标准值效应进行对比分析。研究结果表明：基于车辆荷载调查下的随机车流所产生的荷载效应标准值与规范值存在较大差异,其中,广深高速公路车辆荷载效应是公路-Ι级标准值效应的3倍,河北、江西某收费站车辆荷载效应是公路-Ι级的1.6～2.0倍,深港大桥车辆荷载效应与现行规范公路-Ι级效应相当;现行规范荷载与实际车辆荷载在一定程度上不相适应,该结论对制订新的规范荷载具有重要参考价值。     

中法高速公路车流及荷载特性对比

选取中国和法国的两组利用动态称重设备实测的高速公路车辆数据进行统计,对实测车流的车型组成特性、车流时变特性及车辆到达特性,车辆特性,不同车道车流及荷载等特性进行了详细的对比与分析,总结了车流及车辆荷载的一般分布规律.数据显示,国内车重、轴重及交通量等参数都显著高于法国,相对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中车辆荷载基础数据也提高很大;每天的交通量在低谷期重车比例最高,高峰期重车比例最低;各车道之间车流及荷载特性差异性很大,并不符合互不相关假定;我国实测车辆荷载的效应极值外推结果远大于现行规范值.综合这些特性,建议对特殊桥梁的设计或评估,采用特定地点的车辆荷载;各车道汽车荷载模型应分别考虑;不同加载长度的汽车荷载模型应区别分析.     

考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束的车辆荷载效应研究

通过对某市货车驾驶员进行问卷调查,研究了桥梁限重标志对货车驾驶员驾驶行为的约束作用规律;基于实测随机车流的统计分布规律,利用蒙特卡洛法编写了考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束作用的随机车流模拟程序.以55t桥梁限重值为例,根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》的荷载效应分析方法,计算了简支梁桥在模拟随机车流荷载作用下的跨中弯矩和支座剪力.对日均交通量、条件约束水平和桥梁跨径进行了参数分析,并将随机车流荷载作用下的荷载效应与中国现行桥梁设计规范中对应的汽车荷载效应标准值做了比较.研究结果表明:1)只有当超重货车驾驶员均严格遵守桥梁限重规定时,桥梁限重标志才能有效地控制车辆荷载效应,从而保障桥梁的安全可靠性;2)中国现行桥梁设计规范的设计荷载可能低估了某些路段实际车流的荷载,且在小跨径桥梁上尤为突出,应当引起重视.     

随机车载下的桥梁裂缝宽度极值预测方法

为了准确预测普通钢筋混凝土桥梁在随机车辆荷载作用下的裂缝宽度极值,充分考虑过桥车辆的随机性特征,采用蒙特卡罗随机抽样的方法生成随机车流荷载模型,并基于经典极值理论提出桥梁车致裂缝宽度极值预测的方法.实际工程的应用结果表明:经典广义极值(GEV)分布对桥梁车致裂缝宽度日最大值样本的拟合效果很好,桥梁车致裂缝宽度极值预测方...     

某八车道高速公路车流特性及荷载效应

以某高速公路扩建前后的实测车辆荷载数据为基础,对不同车道车流的分布及荷载组成进行了统计,归纳车流及荷载的空间分布规律,并据此探讨沥青路面及桥梁结构对车流横向差异的敏感性.结果表明,车辆的车道选择差异显著,70%以上的二轴车倾向于在内侧两个车道行驶,90%以上的多轴车选择在外侧两个车道行驶;内侧车道交通分布密集,但是车辆荷载水平较低,外侧车道车辆荷载水平远在内侧车道之上;车辆荷载下十年内超车道路面仍然满足使用性能要求,而其余各车道路面损坏程度很大,必须进行维护;单向四车道桥梁行车道2上车辆荷载弯矩效应极值远大于其他车道,在不同加载长度下,各车道实测效应极值基本大于规范值,说明目前规范车辆荷载模型已无法满足实际的结构设计评估要求,建议修正.     

基于长期监测车流的公路桥梁设计车载模型校验

基于我国车流数据校验既有设计车辆荷载模型,提出随机车流荷载下桥梁车载效应极值外推方法。基于某高速公路桥梁动态称重系统长期监测车流数据,建立随机车流荷载模型,分析简支T梁桥的车辆荷载效应极值,据此校验国内外桥梁设计车辆荷载模型。研究结果表明:欧洲Eurocode3规范和英国BS5400规范的设计车辆荷载效应标准值远大于中国JTG D60—2015规范标准值和美国AASHTO荷载规范标准值;针对我国交通荷载现状,欧洲Eueocode3规范与英国BS5400规范设计车辆荷载模型的重现期趋于无穷大,而美国规范的重现期小于1 000 a,我国JTG D60—2015设计车道荷载规范的重现期为1 000～4 000 a。     

合肥市城市桥梁验算车辆荷载模型分析研究

文章通过对合肥市内几座代表性超载桥梁进行现场车辆超载情况的实地调查,以概率统计计算为基础,绘出荷载总重和轴重直方图,确定出了桥梁验算车辆荷载模型,得出超载车辆荷载最大值分布的0.95分位值作为合肥市桥梁验算车辆荷载标准.所建立的验算车辆荷载模型,可供合肥市及其他城市桥梁设计时参考.     

基于多元胞模型的桥梁车流合成及荷载模拟

随机车辆荷载模拟是桥梁荷载评定和性能评估的基础和关键,目前基于Monte Carlo的车流模拟较难呈现长加载跨径内车流的微观动态演化特性,而基于元胞自动机(CA)的单元胞模拟方法在加载精度方面仍需改进.单元胞模拟法中,将每个车辆用一个元胞模拟,难以体现轴重影响,限制了模拟精度的提高.在此基础上,提出了每个元胞模拟一个车轴,多个元胞模拟一辆车的多元胞自动机(MCA)模型,并利用实测车流及其荷载数据进行模型校核.研究表明:多元胞车轴模拟方法能够准确地还原车流量、车头时距、车速、车重等系列车流以及荷载参数.以1 000m虚拟加载跨径的荷载集度、支点剪力、跨中弯矩为指标,统计模拟车流和实测数据的荷载响应特性.结果显示,MCA模型的模拟结果与实际车流误差均在5%以内,相较于传统单元胞模型17%的误差,精度显著提高.     

车辆拥堵对城市桥梁安全性和耐久性的影响

通过对大城市交通拥堵和桥梁使用现状的分析,提出桥上车辆拥堵是影响桥梁安全与耐久性的因素之一。分析了桥上车辆拥堵容易引起的桥梁病害。通过对车流特征的分析,提出了车辆拥堵荷载模式,计算了拥堵荷载在桥梁中产生的效应,结果表明拥堵荷载效应有可能超过设计荷载效应。文中结论可供桥梁设计、养护人员和交通管理部门参考。     

大跨桥梁多车道随机车流荷载模拟及应用

采用微观交通流模型中的元胞自动机模型(CA模型),建立了大跨桥梁多车道随机车流数学模型,编制了可视化的车流模拟程序,用元胞的演变模拟大桥上车流的运行状态。以南京长江二桥为例,通过分析实测车流数据确定了车流模型中各个车道的车型比例及车辆的断面发车率等交通特征参数。对来自二桥收费站的数据进行分析,得到不同车型车质量的分布函数及参数。把这些参数输入程序模拟得到二桥上车辆时空分布情况及每个时刻对应的车质量、车速等数据。通过模拟数据与实测值的对比,发现模拟车流结果与实际车流情况较吻合,从而验证了该模拟方法的有效性。该方法的实现为随机车流荷载的生成及桥梁动力响应分析提供了一种有益的模式。     

浅谈桥梁可靠性评估方法

由于长期服役的磨损及超载破坏等原因,我国已建桥梁部分存在可靠性问题,需对其进行可靠性评估。本文介绍常见的桥梁结构的可靠性评估方法,如基于外观调查的方法,基于荷载试验的桥梁可靠性评估方法、基于专家经验的方法。荷栽试验的桥梁可靠性评定方法具有人为因素小,以荷载试验的数据说话．最后得出的评估结论是应力、应变的量化数字,说服性强的优点。     

既有钢桥工作状态模拟与剩余寿命评估

为评估既有钢桥的剩余寿命与使用安全,首先要建立能够精确模拟桥梁目前使用状态的工作模型,以准确计算桥梁中疲劳细节应力。在对桥梁交通荷载进行调查统计分析的基础上,建立能代表真实运营状况的车辆交通荷载谱,从而实现结构所承受荷载历程的模拟。以京九线南昌赣江桥为例,概要介绍既有钢桥工作模型与铁路列车荷载谱的建立,以及疲劳剩余寿命的评估结果。实例研究表明,为保证既有钢桥疲劳剩余寿命评估的可靠性,对结构工作状态和荷载谱进行精确模拟是十分关键的。     

基于车辆动态测重系统监测数据的公路桥梁随机载荷谱

根据广州某高速公路设置的车辆动态测重系统获取的车辆荷载信息,包括所在车道、车型(车轴数)、轴重、总重、车速和通过时刻等数据,对车流中车辆间距的时变特征进行了分析;根据分析结果,就实际车流荷载对桥梁结构的作用进行了简化;通过引入荷载横向分布的概念,将车辆随机载荷从二维问题转化为一维问题,由此模拟得到了桥梁跨中弯矩的应力-时间历程.利用该历程数据,提出了一种公路桥梁随机载荷谱的模拟和编制方法,并得到了可用于疲劳实验的随机载荷谱(实验谱).与现有的公路桥梁车辆载荷谱的模拟和编制方法相比,采用文中方法所模拟和编制的随机载荷谱更接近桥梁的实际工作状态.     

不同超重规定下重车荷载特性及效应计算

为获取超重车荷载构成特性以及重车并行过桥产生的荷载效应,收集了美国加州历时3a实测WIM数据,根据美国联邦政府和加州交通厅超重规定,将超重车分为3类,对比分析了3类超重车辆分布及荷载构成特点.根据随机过程理论建立了多车道车辆并行荷载效应计算模型,分别计算了第Ⅱ类超重车和加州超重车最大荷载效应,结果表明两类超重车起控制作用的荷载相同;与中美规范对比显示,由超重车引起的最不利弯矩和剪力分别为美国规范值和我国规范值的1.5倍,因此在桥梁设计和评估工作中,应充分考虑重车过桥对桥梁结构的影响.     

南京小龙湾大桥荷载试验方案设计与分析

论述小龙湾自锚式悬索桥荷载试验的内容,利用有限元模型计算,选定加载车辆,确定加载方案,完成小龙湾大桥静、动栽试验芳案设计．通过空间受力分析对静、动载试验结果进行预测,所得成果对该桥的现场荷栽试验具有指导意义．     

用于公路桥梁可靠性评估的车辆荷载多峰分布概率模型

通过对京沪高速公路车辆运行状况的实测和统计分析,发现由于汽车工业的发展以及超载现象的存在,实测的车辆荷载呈现出多峰分布的特性,难以用传统的单峰概率分布模型来描述.利用极值型Ⅰ分布函数和正态分布函数的加权和,拟合得到了由轻型车辆、普通车辆和重型(含超载)车辆所组成的多峰型车辆荷载的概率分布函数.通过滤过复合Possion过程和滤过复合Weibull过程分别对一般运行状态和密集运行状态下的车辆荷载过程进行了模拟.最终以后续服役期内轻型车辆、普通车辆和重型(含超载)车辆荷载最大值分布的0.95分位值作为桥梁在剩余可靠度研究的评估荷载.该多峰型车辆荷载模型更符合实际,提高了桥梁剩余可靠度评估的准确性和合理性.     

基于元胞自动机的路面车流荷载

引入微观交通流模型中的元胞自动机模型来模拟路面上的车流荷载,用元胞的演变规则分析车流行驶过程中各个车辆的速度以及它们之间车距的变化;车辆振动模型采用1/4车身结构的2自由度模型,并根据国家标准GB7031-86规定生成路面轮廓的时域信号.分析了某盾构隧道在车流荷载作用下的动力响应,为研究车流荷载作用下隧道结构动力响应提供了数值参考.