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.     

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.     

POT模型的车辆荷载极值预测及荷载效应

为了研究车辆荷载的发展变异对桥梁结构的影响,根据渝湛高速公路176 918辆六轴车的动态称重系统实测数据,采用基于极值理论的超越阈值模型预测未来5~20年可能出现的车辆荷载极值,并加载于某典型桥梁进行荷载效应分析。分析结果表明:本文预测的基准期为20年的车辆荷载极值,对1#空心板所产生的弯矩比JTG D60—2015的车辆荷载和挂120大2.40倍和0.47倍。车辆荷载的发展变异能够直接影响现行桥梁结构的安全运营。     

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。     

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.     

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。     

钢筋混凝土桥面板疲劳寿命评估

为确保桥梁使用安全,对混凝土桥面板进行疲劳寿命评估十分迫切.基于疲劳损伤累积理论和混凝土桥面板车轮移动疲劳加载下试验数据,并引入模型相关系数,用来考虑桥面板实际寿命和试验寿命的差异,建立了混凝土桥面板疲劳寿命预测模型,对混凝土桥面板的疲劳寿命进行评估.分析比较了采用英国BS5400、欧洲规范Eurocode和美国AASHTO规范中标准疲劳车评价混凝土桥面板疲劳寿命的差异性,以及车辆超载对桥面板使用寿命的影响.计算结果表明:疲劳标准车技术参数对混凝土桥面板的疲劳寿命影响较大,应研发适用于桥面板疲劳分析的车辆荷载模型;在没有实桥调查数据情况下,建议优先采用BS5400规定的车轮活载频谱值;当车辆超载20％以上时桥面板寿命下降显著,超载40％以上时桥面板寿命将低于10年,因此在桥梁运营中应严格禁止超载20％以上车辆的通行.     

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.     

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.     

应用Pareto分布的POT模型分析车辆荷载效应极大值

为精确模拟汽车荷载效应样本分布的尾部形状,利用基于Pareto分布的超越阈值(POT)模型计算样本频率分布函数;然后,采用尾极值指数检验法检验样本的厚尾性,采用峰度法检验样本的尖峰性和计算样本阈值;最后,基于经典极值理论计算汽车荷载效应极大值分布和设计标准值.对某大桥111d的动态称量(WIM)车辆荷载效应进行极值估计,结果表明:跨径小于等于16m的车辆荷载效应符合尖峰厚尾分布,适合采用文中方法计算车辆荷载效应极值.     

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。     

高性能钢梁的整体稳定性

设计了6根Q460和Q500高性能钢梁试件,并进行了受弯整体稳定性试验。考虑试件的初始缺陷,采用Abaqus软件建立有限元模型并对试验过程进行模拟,最后将试验结果和有限元模拟结果与《钢结构设计标准》（GB 50017―2017）、《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64―2015）中的相关内容进行对比,以校验上述规范对高性能钢梁的适用性。结果表明：荷载-位移曲线的数值模拟结果与试验结果吻合较好;《钢结构设计标准》（GB 50017―2017）和《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64―2015）对Q460和Q500高性能钢梁整体稳定性计算的适用性较强。     

公路桥梁车辆荷载效应的结构可靠性模型

利用荷载与荷载效应的关系，由设计基准期［０，Ｔ］内的车辆荷载（车重）随机过程最大值分布推导出荷载效应最大值分布．同时由实测数据给出计算实例，并用推导出的效应分布计算结果与直接由效应统计分析求得的效应分布计算出的结果及现行规范标准值进行了比较．     

曲线连续箱梁桥日照温度效应分析

基于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中梯度温度的规定,建立不同曲率、不同支承方式曲线连续箱梁桥的MIDAS模型,详细分析了不同曲率、不同支承方式曲线箱梁桥温度效应的力学特性,并总结出曲线连续箱梁在日照温度荷载作用下的受力特点。     

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.     

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.     

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.     

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。