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.     

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.     

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.     

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.     

考虑多车道行车效应的车辆荷载外推方法研究

以随机过程理论为基础,利用实测动态称重数据建立随机过程模型,考虑多车道多辆车并行效应,提出一种新的车辆荷载效应计算方法,定义了误差检验指标.同时,以经典极值理论为基础,提出短时段的车辆数据外推基准期内荷载预期值的方法.误差检验指标计算表明,该方法外推荷载效应非常接近实测值,比NCHRP方法的相对误差小,可为桥梁活荷载取值计算提供有益的参考.     

随机车流作用下多塔斜拉桥总体荷载响应特性

结合车辆荷载研究技术,以三塔斜拉桥为例,分析了该结构在随机车流作用下的总体荷载响应特性,深入研究了实际汽车荷载响应与规范荷载模型计算值差别,探讨了车流随机特性参数对结构响应特性影响.结果表明:我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)的汽车荷载模型对多塔斜拉桥估计过高,交通运营状态和日均交通量、重车混入率交通特性等参数对汽车荷载响应影响显著,对不平衡加载敏感不同的效应显示出对随机车流不同的响应特性.说明现有规范基于影响面确定加载范围的极端加载方式及荷载取值无法反映多塔斜拉桥的实际汽车荷载响应状况,建立反映实际状况的荷载模型可考虑引入多参数多级别的性能设计思想.     

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.     

轻型门式刚架结构的等效静力风荷载

针对现行规范对轻型门式刚架结构风荷载的取值没有考虑脉动风荷载空间相关性的情况,分别采用荷载响应相关法和国外风荷载规范求得门式刚架结构风荷载的分布和大小,基于与现行规范计算结果的对比分析,提出轻型门式刚架结构等效静力风荷载分布的估计方法.基于刚性模型同步测压风洞试验测得的门式体形模型表面风荷载时程数据,建立了轻型门式刚结构架有限元整体模型.通过按建议方法求出的风致响应与实际动力响应极值的对比,验证了建议的风荷载分布的合理性,计算结果表明采用该方法得到的风致响应更接近实际动力响应极值,且表达形式简洁,方便工程设计使用.     

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.     

连续曲线梁桥在多车荷载作用下的动力响应

以某一匝道公路连续曲线箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动响应及冲击系数.考虑桥梁阻尼比和桥面平整度的影响,采用通用软件ANSYS模拟桥梁,车辆简化为16自由度模型,采用模态综合法编制了公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,研究了多车荷载作用下连续曲线箱梁桥的动力响应.研究表明:主梁竖向挠度冲击系数受横向加载车辆数量的影响较小,跨中截面外腹板动力响应最大,建议采用外腹板处冲击系数进行设计.当纵向车辆间距一定,车速低于22 m·s~(-1)时,冲击系数在单车工况下最大,且随着纵向加载车辆数量的增多而显著减小;当车速超过22 m·s~(-1)时,纵向两车和三车工况下,主梁冲击系数有围绕单车工况下冲击系数曲线上下波动的趋势.纵向车辆间距对设计时选取的冲击系数影响较小.     

基于车辆对道路不满意度的微观换道决策

自动驾驶汽车有着极大的应用潜力且高速公路环境下车辆变换车道是常见的行为。为进一步分析高速公路中自动驾驶汽车的微观换道决策,本文定义道路不满意度来表示车辆对行驶道路的不满意程度并将车辆换道意图的产生按本车是否达到目标车速而分为两类,当本车达到目标车速时为第一类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车相对于前车速度的增加。当本车未达到目标车速时为第二类,换道意图产生源于本车与前车间距的减小和本车达到目标车速时相对于前车移动距离的增大。针对不同类换道意图的产生机制,结合模糊推理设计道路不满意度算法。换道决策利用当前行驶车道和邻近车道的道路不满意度大小、安全跟车距离、换道安全距离来综合决定换道意图的发生。最后在MATLAB环境下搭建自动驾驶环境并仿真换道决策模型,结果显示本文相比其它换道决策,本文不仅考虑换道安全而且也考虑了目标车道和本车道的跟车安全,更具有实际意义。同时本文的模糊换道决策能兼顾安全性和智能性且适用于依目标车速定速巡航、为达到目标车速而加减速等多种复杂工况下的换道情况。     

通行规则对道路状况的影响分析

针对通行规则对不同道路状况的影响问题,使用非线性拟合、相关性分析、碰撞临界值法等方法,分别建立了等速超车模型、变速超车模型、变道临界距离模型等模型,计算得到了在右行通行规则下,不同的道路负荷。分析了不同的道路通行规则对驾驶员的反应时间、车道变道时间的影响,通过智能系统模拟计算得到车辆在发生碰撞临界条件下的最小行车距离。     

短车道信号控制交叉口通行能力概率模型

针对短车道信号控制交叉口,提出考虑不同流向相互阻塞概率的通行能力计算模型,该模型克服了以往交叉口通行能力计算模型中对交叉口短车道影响考虑不足的缺陷.根据短车道条件下不同交通流的相互阻塞特征,将交叉口短车道分为三类.基于车流到达随机性,考虑相邻周期排队状态的相互作用,将阻塞过程划分为不阻塞、可能阻塞、阻塞后三个阶段,建立了通行能力计算模型.基于实测数据标定后的微观仿真分析表明,相对于HCM(Highway CapacityManual)模型,该模型计算结果能够相对更真实地反映短车道信号控制交叉口通行能力.针对短车道长度、短车道数目,绿信比和周期长度的参数敏感性分析,进一步揭示了在不同流量水平下短车道对交叉口通行能力的影响.     

加权指数损失下长短时记忆网络换道意图识别模型

针对车道变换意图识别中数据源单一,传统序列模型难以捕获长序列范围内换道意图且存在长期依赖问题,提出一种结合时间信息加权指数损失函数的长短时记忆(long short-term memory,LSTM)车辆换道意图识别模型.首先,利用驾驶模拟舱、眼动仪进行高速公路驾驶实验,采集车辆运行数据和驾驶员眼动数据;然后,基于LSTM结构单元构建高速公路环境下车辆换道意图识别模型,提出基于时间信息加权的指数损失函数对模型权重进行优化;最后,利用车辆运行数据和驾驶员眼动数据对所提模型加以验证并与其他模型进行对比,所提模型换道识别的准确率为91.33％,宏平均精确率为89.04％,宏平均召回率为92.84％,宏平均F1值为90.33％.结果表明,长短时记忆网络对于长序列换道意图识别过程具有较好的分辨能力,提出的损失函数对模型权重优化具有良好的效果.     

高速公路车流量与车辆密度关系研究^①

在一些汽车靠右行驶的国家或地区（如荚固，中国大陆等等），在多车道的高速公路上行驶须遵循以下交通规则：司机必须在最右侧驾驶，除非他们正在起车。超车时必须先移到左佣车道后再超车并返回到原车道。谈文运用计算机璃程方法，研究在车辆严格遵守以上规则的情况下，道路车流量，车辆密度以及在限速条件下速度均值之间的关系。研究结果表明，当车辆密度较小时，车流量和车辆密度几乎成正比；随着车辆密度的上升，车流量在达到峰值之后开始缓慢下降。该文的研究成果对合理有效管理高速公路的运营承成具有理论与实践意义。     

非机动车道混合流通行能力计算及特性分析

针对非机动车交错行驶、蛇形运动特点,为更加合理计算非机动车道混合流通行能力,提出了一种基于时空消耗的非机动车道混合流通行能力计算方法。通过武汉市7条非机动车道的饱和时段交通流观测数据,采用本文方法计算了该7条非机动车道的混合流通行能力;利用数据拟合与方差分析得到了不同隔离方式及宽度下非机动车车速及电动自行车比例对单一非机动车平均时空消耗的影响,进而分析了非机动车道的混合流通行能力特性。实例研究结果表明：非机动车道混合流通行能力随非机动车速度的增加呈现先增加后减少的趋势;同一电动自行车比例下,不同隔离方式和非机动车道宽度对通行能力具有显著性差异;同一非机动车道宽度下,绿化带隔离会比隔离栏隔离具有更高的通行能力;同一隔离方式下,非机动车道的宽度越大,单位宽度的通行能力值越小。同一非机动车道路段,电动自行车比例越大,非机动车道的通行能力越大;纯电动自行车比纯人力自行车的单一非机动车平均时空消耗约降低了2.15m2^.s/辆,电动自行车的运行效率高于人力自行车,对通行能力具有提升作用。基于时空消耗的混合非机动车道通行能力计算分析,能克服忽略非机动车行驶特性及多因素简化对非机动车道混合流通行能力计算的弊端,计算原理清晰,便于路上试验开展。     

车载雷达多车道目标识别及补偿方法

为实现自适应巡航控制中雷达多车道目标识别,对雷达坐标系进行转换并依据不同车道对雷达无效信息进行滤除. 通过对本次雷达采样信息及由上一次采样信息获得的预测值进行比较完成目标跟踪. 在不同处理阶段综合采用门限值法、滑动窗口采样及同车道最近原则完成对所需目标的判定. 在弯道行驶工况下利用基准圆心角准则对目标进行位置补偿. 试验证明,所讨论的方法可有效实现多车道目标识别及弯道补偿功能,达到了目标检测要求.      

苜蓿叶立交集散车道内车辆运行速度特征分析

为了确定高速公路苜蓿叶立交集散车道车辆运行速度特征和速度值,确保车辆在集散车道上运行协调可控,使车辆在行驶时能够安全运行。采用雷达测速仪对集散车道各出入车辆运行速度进行实地采集,选取互通立交集散车道特征点处自由流状态下车辆速度作为分析样本,建立主线车辆通过集散车道驶出高速和相交高速车辆通过集散车道驶入主线的速度运行曲线。结果表明:车辆通过集散车道进入出口匝道1,整个车辆运行过程中处于减速状态,从分流点到鼻端减速较慢;而从鼻端到第一个出口车辆减速较快。车辆通过集散车道进入出口匝道2,车辆先减速后匀速,到达交织区时再次减速,最后驶入匝道。车辆从入口匝道1进入集散车道,车辆以较为稳定的加速驶入主线。车辆从入口匝道2进入集散车道,先以较大的加速行驶,后缓慢加速驶入主线。可见,车辆通过集散车道出入高速公路运行速度呈现出规律性。通过对车辆运行速度分析,对集散车道车辆的交通安全防控和规范的完善有着重要价值。