基于实测的公路桥梁车辆荷载统计模型

基于动态称重系统获取的运营交通基本信息,依据轴组类型对所有车辆进行分类及筛选,建立了6种主要车型的车重、车距、车道交通量、轴重与轴距的统计模型,然后按损伤等效原则提供了6种车型的等效模型车辆,为桥梁疲劳可靠性评估提供了实用的车辆荷载模型.研究表明该建模方法能够准确描述交通荷载,建模过程与方法对同类问题具有普遍意义,可应用于建立各种交通状况下的疲劳车辆荷载模型或提供参考.     

基于南京长江三桥的车辆荷载模型

为了满足南京长江三桥的技术状态评估和预测的需求,基于该桥收费站7年的称重数据库和桥面监控视频资料,根据不同的轴组类型对日常运营的主要车辆进行了车型划分.采用参数估计和非参数估计方法,建立了车辆质量、轴距、车型、轴重等车辆荷载模型中相关参数的数学模型.然后,基于泊松过程理论、Markov过程理论和车辆跟驰模型,对车辆荷载模型中的车速、车辆到达时刻等时变参数进行随机模拟.研究结果表明:多数车型质量分布为多峰分布,宜采用核密度估计法确定其统计模型;生成随机车辆时,需考虑车辆质量与车速、轴重等参数的相关性;采用M CM C法模拟得到的随机车辆车型分布近似于桥梁实际运营中的车型分布.     

车辆荷载概率分布及其产生的荷载效应研究

根据京珠高速车辆荷载现状的统计数据,构建了2个正态分布和1个极值Ⅰ型分布加权和的三峰概率分布模型,通过和常用概率模型比较分析后,证明此概率分布模型能够有效地反映车辆荷载实测数据概率统计特征.此外,文章研究了六轴重车各轴占总重的比例,采用最小二乘法回归分析了各轴重的参数,并在此基础上,计算了30 m跨径简支梁的荷载效应,为我国公路桥梁车辆荷载标准的研究修订以及车辆荷载分析提供参考.     

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。     

九江长江大桥疲劳车辆荷载谱

为评定九江长江大桥在交通荷载作用下的疲劳累积损伤,对该桥疲劳车辆荷载模型进行了研究。基于九江长江大桥现场车辆荷载调查,共采集到近13万辆汽车的相关动态数据。依据轴组类型划分为18种典型车型,采用数理统计方法,研究了该桥车流量的时段分布特征,提出在00:00~06:00时间段内为最佳道路管养维修时间;根据动态称重系统获取车重信息,分车型讨论了南向、北向及双向合并车重的概率统计模型,建立了能代表九江长江大桥真实运营状况的典型车辆荷载谱,然后按等效疲劳损伤原理简化成由7种等效模型车辆组成的模型车辆荷载谱。研究结果表明:出现频次较多的分别为2轴、4轴和6轴货车,其中6轴货车对桥梁疲劳损伤最大。研究成果为桥梁抗疲劳设计和疲劳寿命评估提供了可靠的车辆荷载谱,也可为类似大桥疲劳分析提供参考。     

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.     

基于卷积神经网络的多车桥梁动态称重算法

为识别多车工况下车辆过桥时的车辆重量,采用卷积神经网络技术开发出可用于多车轴重识别的桥梁动态称重(BWIM)算法.首先,利用车桥耦合系统采集不同车辆过桥时梁底的应变信号;之后,基于深度学习开源框架KERAS搭建了包含9层卷积层、2层全连接层的卷积神经网络(CNN)模型,利用Adam优化器训练CNN模型以拟合所获得的应变信号与车辆轴重在不同工况下的变化规律,并最小化拟合误差;最后,对所开发的算法在单车和多车加载工况下的轴重识别精度进行了对比分析.结果 表明:所提出的算法在单车和多车工况下的轴重识别误差均值基本低于5％,并且识别精度对车辆速度和横向位置的变化不敏感,说明算法的轴重识别效果良好且稳定.该多车BWIM算法摆脱了对桥梁影响线的依赖,为不适用于利用影响线方法进行动态称重的桥梁提供了可替代的称重技术.     

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.     

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.     

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.     

基于车辆荷载模型的斜拉索索力随机模拟及疲劳分析

为了满足斜拉索状态评估和养护管理的需求,提出基于车辆荷载模型的斜拉索疲劳寿命分析方法。以桥梁收费站的静态称重数据和桥面监控资料为依据,采用极大似然估计和最大期望(EM)算法,建立了12类车型及车重、轴重、车速等相关参数的车辆荷载统计模型。基于Monte-Carlo方法、泊松过程理论和车辆跟驰模型,编写计算程序进行随机车流仿真分析,随机生成车辆荷载的作用位置和大小,并在影响线上加载得到活载索力时程,将其与长期监测系统得到的实测活载索力时程进行对比分析,验证了该模型的有效性。然后,考虑车辆荷载模型的长期趋势,结合腐蚀斜拉索的应力-疲劳寿命(S-N)曲线和Miner线性累积损伤理论,分别对未腐蚀和腐蚀2种情况的斜拉索长期性能进行了分析与预测。研究结果表明:各车型质量统计数据呈现多峰分布特征,建立随机车辆荷载模型时,宜采用混合分布模型,并考虑车重与轴重之间的相关性;建立的随机车流仿真模型计算得到的活载索力与实测活载索力具有较高的相似度,相对熵(KL)散度在0.1左右,证明该模型能较为准确地模拟实际的交通荷载流,可用于进一步的分析和预测;腐蚀是影响斜拉索疲劳寿命的重要因素,根据试验桥的分析结果,未腐蚀的斜拉索基本不存在疲劳问题,但腐蚀使斜拉索的疲劳寿命迅速降低,甚至会发生早期断裂。     

基于长期实测的南京栖霞山长江大桥车辆荷载分析

为准确掌握南京栖霞山长江大桥车辆荷载的统计特性及变化规律,基于该桥动态称重系统记录的2014-2016年数据,研究各车道上不同轴数车辆的分布特点及变化规律,并分析不同轴数车辆各轴轴质量随车质量的变化规律.采用K-means聚类方法对同轴数车辆进行分类,将各类型车辆的轴距、轴质量参数与现行标准进行比较.结果 表明:在大桥所有通行车辆中,二轴车辆为主要类型且所占比例逐年增加,到2016年其通行数量占通行车辆总数的比例为87.42％;5种不同轴数代表车辆中二轴、六轴车辆参数与现行标准相近,与现行标准中三轴、五轴车辆参数相近的车辆不是桥上主要通行车辆类型;各轴数车辆代表轴质量均在轴荷载允许限值内.     

基于WIM系统的京沪高速公路重车疲劳荷载模型

基于动态称重(WIM)系统的监测数据,统计分析了大于55 t重车的车重、车间距、轴重及车头时间间隔等特征参数的概率分布,推导出京沪高速(沂淮段)重车疲劳荷载谱和标准疲劳车模型.此外,建立了分车道和不分车道的疲劳荷载谱和标准疲劳车模型,且标准疲劳车总重远大于规范值.结果表明,京沪高速(沂淮段)日均重车达3 657辆,重载运输特征明显,车重服从广义极值分布,车间距服从伽马分布,轴重及轴间距服从混合高斯分布,车头时间间隔服从对数正态分布.建立的重车疲劳荷载谱和等效标准疲劳车模型可供实桥疲劳评估参考.     

钢箱梁斜拉桥等效疲劳车辆荷载模型分析

为了调查长江中下游地区跨江大桥的车辆荷载运行特性,首先,以某一钢箱梁斜拉桥为例,分析大桥1 a实测交通流特性,得到相关轴型车辆的轴距、车辆质量及轴重分布;其次,基于损伤等效原则计算大桥各轴型车的等效疲劳车辆荷载模型;最后,对我国钢桥规范提供的疲劳荷载模型Ⅲ进行修正,提出适用于同区域类型桥梁的标准疲劳车。研究结果表明：大桥呈现交通流量大、货车载重高及超载现象普遍的特征;等效疲劳车辆荷载模型可简化为6种车型,等效车辆质量大于10 t的疲劳车辆占比高达85.9%,其中6轴车在疲劳损伤中占主导地位;提出的疲劳标准车是1辆质量为64 t的4轴车,单轴重为16 t;国外规范疲劳标准车引起的疲劳损伤均低于本文实际疲劳标准车引起的疲劳损伤;对于顶板U肋连接细节,顶板厚度增加2 mm可至少降低疲劳损伤46.4%。     

桥梁超重荷载与限载标准的确定

为了分析公路运营中超重荷载对桥梁的影响,以陕西省府谷-店塔公路上运煤超载车辆为调查对象,根据车辆装载特点和轴型分布特征,将超载车辆分为9种类型,分析了9种车型的超载、超限情况;利用线性回归,得出超载与超限的函数关系.利用等代荷载方法,与公路-Ⅰ级荷载相比较,确定出9种车型的限载系数和限载标准,评价了限载后车辆荷载特性,认为车辆限载后宜使用多轮、多轴运营车型.     

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.     

大跨度悬索桥冲击系数影响因素研究

考虑移动车辆荷载对桥梁结构的冲击力是公路桥梁结构设计的重要内容之一.为研究大跨度公路悬索桥各构件冲击作用的影响因素及其敏感性,以官厅水库特大桥主桥为依托进行分析.基于车桥耦合振动原理,采用三轴11自由度车辆模型,分析了车速、桥面不平顺度、车重及横向加载位置对桥梁各构件冲击系数的影响.分析成果表明,桥面不平顺度对桥梁各构件冲击系数有显著影响;车速对冲击系数的影响主要与桥梁各构件的卓越振动频率有关,车速增大并不一定导致冲击系数增大;车重持续增加使冲击系数减小且减幅逐渐降低;横向加载位置的不同对各纵梁横桥向挠度冲击系数的影响有明显区别,随着汽车加载位置的靠近,各纵梁的挠度冲击系数逐渐减小;影响因素的敏感性排序为:桥面不平顺度车速横向加载位置车重.     

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.     

堆石坝坝顶通车三维动力响应分析

针对重庆市万州区天仙湖堆石坝坝顶通车问题,进行了坝体灌浆加固后坝顶车辆动力荷载作用下坝体的动力响应分析。研究了坝体在不同车重车辆动荷载作用下的动拉应力、动压应力、动剪应力,以及动荷载引起的永久变形的分布及变化规律;并根据坝体在车辆荷载作用下的动力响应,建立了车辆重量与动力响应之间的关系。认为在一定限制条件下,天仙湖拦沙坝混凝土面板堆石坝坝段坝顶通车是可行的。大坝动力响应随过车车重的增加而增强,灌浆区动主拉应力随车重的增加基本呈线性增长,根据拟合的动主拉应力与车重的线性关系,并结合灌浆条件的抗拉强度,得出过车的最大车重为4.13 t。     

轴、孔接触面荷载分布研究

提出基于有限元法分析接触问题的方法,求解轴、孔半径相近且考虑接触宽度时接触面荷载分布,解决了赫兹弹性接触理论以及工程上常用的关于轴、孔接触面荷载分布方法的局限性.首先利用ANSYS建立轴、孔配合简化模型,采用有限元接触分析方法求解出接触面上荷载的分布形式;然后利用MATLAB拟合工具箱,使用三角函数、高斯函数拟合出荷载的空间分布方程;最后应用于确定大功率风力发电机增速器中大行星架、大行星轮轴接触面之间的荷载分布,验证了方法的优越性.