利用动态称重技术的福建省重载交通公路车辆荷载模型

为建立适合福建省重载交通公路的车辆荷载模型,选取车流量大、重载货车比例高的沿海地区,布设2个动态称重(WIM)系统测点.通过对WIM系统长达30个月不间断采集的车流数据的统计分析,得到福建省典型重载交通公路车辆荷载的统计特征,并建立相应的车辆荷载模型.基于实测模型与现行规范汽车荷载标准,对典型公路简支梁桥和连续梁桥的汽车荷载作用效应进行分析,结果表明:采用公路-I级汽车荷载标准进行结构设计总体上是安全的,而采用公路-II级汽车荷载标准则偏于不安全.文中所建立的重载交通公路车辆荷载模型可供福建省公路桥梁设计或结构损伤验算时参考.     

重载交通公路桥梁设计中关于车辆荷载的分析

随着我国经济的发展,无论是车辆的载重还是轴数都在不断增大,因此对于公路桥梁设计中的车辆荷载进行重新分析是非常有必要的。本文对重载交通公路桥梁设计中车辆荷载的调查结果进行了分析,并对新《公路桥涵设计通用规范》中关于重载交通车辆荷载的改进进行了探讨。     

公路桥梁随机车队的平稳性和各态历经性

通过实测数据对交通参量进行统计分析并建立交通荷载模型是分析桥梁车辆实际荷载水平的一种常用方法,但其合理性尚未得到理论验证.文中利用车辆动态称重系统(WIM)实测获得6条公路28条车道上的车辆信息,构建各车道上的一维随机车流类型场;按照随机过程理论计算得到所构建各车道一维随机车流类型场的集合均值与集合相关函数、空间均值与空间相关函数等.对比分析结果表明,基于实际公路上足够数量车辆的调查所构建的一维随机车流类型场具有平稳性和各态历经性,其样本的统计信息能够代表总体样本,可以用于车辆随机荷载的研究,为公路桥梁随机车辆荷载模型的建立提供了理论依据.     

光纤高速汽车动态称重系统

以电学测量为基础的动态称重系统多存在抗干扰能力弱和稳定性差等不足,采用稳定性好的光学测量技术可以弥补电学测量的不足。利用弯板式称重板进行移动车辆轮轴荷载称量和高速光纤光栅解调仪进行称重板应变测量的方法,结合汽车车辆的轮轴特性,从材料选用、结构设计、数据采集分析系统的软件设计等方面进行深入分析,研制了一套利用光纤Bragg光栅和高速动态解调仪实现弯板式高速动态汽车称重系统(WIM)。经与已知轴重和总重的车辆进行现场实测对比检验了系统的精度,满足ASTM E1318标准的要求,与商用称重系统进行实测结果的统计对比验证了系统的实用性。实际验证结果表明:该高速动态称重系统可用于对桥上自由运行车辆轮轴重、总重、车辆速度和轮轴间距等参数的采集,为公路桥梁车辆荷载研究提供必要手段。     

采用广义极值分布的公路桥梁车辆荷载效应极值预测

为改善对汽车荷载效应样本的统计拟合,建立随机变量的均值、偏差系数、变差系数与广义极值分布的形状参数、尺度参数、位置参数的一一对应关系.采用广义极值分布适线法拟合车辆荷载效应区间最大值样本的概率分布.首先,以矩法计算样本均值和变差系数,假定偏差系数,计算广义极值分布的形状参数、尺度参数和位置参数;然后,将样本点和理论频率曲线绘制到海森机率格纸上,按照理论频率曲线与实测数据拟合得最好的原则选定统计参数,并确定汽车荷载效应样本的理论频率曲线;最后,采用经典极值理论建立设计基准期荷载效应最大值分布.采用某公路一个车道39周的动态称重系统(WIM)数据,建立车辆荷载效应模型,并与最大似然法结果进行比较.结果表明:文中方法更能反映样本分布曲线尾部特征,且实际最大基准期车辆荷载效应远大于现行公路-Ⅰ级汽车荷载效应.     

公路桥涵施工技术的重点

伴随着我国的交通运输数量的不断增加,对于我国交通运输业的发展也提出了新的机遇与挑战,公路桥梁施工工程技术的发展决定着我国的行车安全和交通的畅通。所以,为了更好地保障我国交通车辆的行车安全和重载行驶的要求,我们对公路桥涵施工技术的要点问题做出了新的要求,因此,该文就公路桥梁的施工要求做出了简要探讨和分析,并着重阐述了在当今新的发展形势下如何提高公路桥涵施工技术的措施和方法。     

公路桥梁新旧规范汽车荷载及效应对比研究

文章对比分析了15规范、04规范在汽车荷载方面的异同,分别从汽车荷载标准值、横向车道布载系数、组合值系数等方面阐述新旧规范的规定.同时,选取我国公路桥梁常见标准跨径空心板梁为样本,将新旧规范的汽车荷载在这些样本桥梁上加载,得到简支板梁汽车荷载效应、内力组合、配筋量,并进行对比.研究结果表明,与旧规范相比,新规范对于中小跨径公路桥梁的设计汽车荷载显著增大,荷载组合更趋合理,桥梁安全储备更高.     

对公路桥梁剩余寿命评估时可变荷载取值的研究

文章以现行公路桥梁设计荷载为基础，采用后继服役期超越评估荷载的概率等于设计使用期超越设计荷载概率的原则，给出了现有公路桥梁结构可靠性评估时可变荷载取值的修正系数；利用时变安全可靠度理论，对现有结构的剩余寿命进行评估，提出了对可变荷载取值进行修正的方法。     

在合成车流运行基础上的桥梁荷载最大值探讨

在公路桥梁设计和评估中,车辆荷载是主要的问题之一,现有车辆荷载取值规范只对一般的设计适应,如果是精度要求比较高的桥梁关键构件设计或桥梁评估,则要与实际车辆荷载的特征相结合,建立模型。由于目前我国交通流数据的特点是存在大量静态车辆,因此采用合成车流方法对交通流进行模拟,确定荷载效应预测的有效方法。本文主要对合成车流的车辆荷栽模拟方法进行详细描述,并对Rice方法在合成车流运行的桥梁荷载最大值进行预测的适用性进行研究。基于此,建立合成车流的车辆荷栽效应模拟与最大值预测过程。     

关于大跨径桥梁车辆设计荷载研究

近年来，伴随着经济的高速发展，类似于港口、运煤路线以及矿山连接线等一些特殊路段上重载、超载、密集运行交通情况日益明显，行驶在公路上的大型、重型车辆荷载远远超过现行桥梁设计规范中的设计荷载等级，对使用中的桥梁结构造成重大的安全隐患。结合具体工程实例，根据现有调查结果，深入研究目前的交通状况对大跨径桥梁车辆设计荷载的影响。     

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WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

公路桥梁长加载区间的多车道车辆荷载概念模型

高速公路多车道荷载及其响应的差异一直是桥梁设计与研究关注的重点,目前的多车道荷载模型对这种差异表述不合理,特别是长加载区间效应.选取2009~2013年实测的2车道和4车道28d自由通行的WIM(Weigh-in-motion)数据,研究车辆的车道选择和荷载的空间分布特性,分析长加载区间的多车道荷载响应,提出了考虑多车道荷载模型的新思路,并校核了该概念模型的系数取值.研究表明,应选用至少3周以上数据进行车辆及荷载分析才具有统计意义,多车道中各分车道的车辆及荷载分布具有显著差异,我国规范基于车道荷载同分布的假定不成立.车道荷载分位值差别显著,而最大值却大致相同,说明多车道荷载模型无法兼顾不同加载区间的修正要求.长加载区间上分车道荷载响应之间的比值趋于稳定数量关系,表明各车道不仅不能达到相同水平极值,且不能同时达到.推荐的多车道概念模型能科学考虑长加载区间上分车道及总车道响应极值的关系,更具工程意义,校核的系数表明推荐模型合理可用.     

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

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.     

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.     

福州市城市桥梁疲劳荷载研究

通过对福州市城市桥梁交通荷载和运营车辆的装载情况调查,得到由32类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱,以及货运车辆的空载率.根据等效疲劳损伤原理将所得到的荷载频值谱简化为由6辆疲劳荷载模型组成的具有实用性的荷载频值谱.进一步分析得到一辆适宜验算桥面系构件的标准疲劳车辆荷载模型.所得到的疲劳荷载频值谱和疲劳车辆荷载模型,可以供城市钢桥疲劳损伤验算参考.     

特重车荷载下装配式PC板桥荷载效应分析

 为研究特重车荷载作用下PC 板桥的荷载效应,以河北省宣大高速公路WIM 数据为基础,共提取出883 个特重车荷载工况,使用“随机车流-桥梁耦合振动分析系统”计算各工况作用下PC 板桥各片板的最不利正弯矩效应及PC 板桥的最大正弯矩效应。通过对PC 板桥横向各片板最不利正弯矩效应的统计分析研究其横向受力性能,通过最大正弯矩效应与设计荷载效应的对比,分析PC 板桥的特重车正弯矩效应超限情况。结果发现:由于特重车在桥面鲜明的分布特点,PC 板桥1^#板的最不利正弯矩效应极值最大,而5^#板最不利正弯矩效应的均值最大,在特重车荷载作用下,PC 板桥正弯矩效应超限情况普遍,且部分工况最大正弯矩效应已超越设计荷载效应的1.8 倍,随着跨径的增加,PC 板桥正弯矩效应的超限工况数量、超限程度呈现下降趋势,但降幅并不明显。     

广州市高架桥疲劳荷载车辆模型研究

通过对广州市内环线恒福路段交通情况的实地调查，依据等效疲劳损伤原理，将实测的车辆荷载频值谱简化为由疲劳荷载模型车辆组成的实用频值谱，得到了由日常运营车辆组成的荷载频值谱．根据车辆组成的荷载频值谱，建立了广州市高架桥疲劳荷载车辆模型．所建立的疲劳荷载车辆模型，可供广州市其他高架桥梁疲劳损伤验算或疲劳设计时参考．     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。