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.     

重车荷载作用的简支梁桥荷载效应极值预测

为了准确预测重车荷载作用的简支梁桥荷载效应极值,充分考虑了过桥重车的随机性特征和不同重车荷载事件出现的概率,基于经典极值理论,提出了不同重车荷载事件的组合广义极值分布(CGEV)极值预测方法,通过数学推导和数值算例证明了该方法的合理性.同时,以一座简支梁桥为工程背景,采用CGEV方法预测简支梁桥在重车荷载作用下的荷载效...     

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。     

车辆荷载-桥梁效应数字建模与系统状态监控

智能提取并分析了结构车致应变与桥上车辆荷载的特征参数.采用混合高斯模型分别建立车致应变幅值和总质量5 t以上车辆荷载参数的概率密度模型,确定其在统计意义上的重车簇.以车辆最大轴荷和车致应变幅值的重车簇概率特征值为基础,建立车辆荷载与车致应变关系映射数字模型,并根据朴素贝叶斯理论对其进行相关性增强处理,进而提出了一种反映...     

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。     

不规则刚构桥车致横向振动响应研究

车辆荷载引起不规则刚构桥横向振动,可能影响舒适度,甚至带来结构的安全问题.采用有限元分析方法,运用该桥实测车致横向振动加速度数据作为激励源,研究了不规则刚构桥车致横向振动性能,主要包括箱梁跨中截面,主墩顶、墩底等关键截面位置的位移及弯矩响应.研究结果表明;对于横向刚度相对较小的高墩大跨桥梁结构,车致横向振动不容忽视;对于异高桥墩刚构桥,高墩横向振动响应比低墩剧烈.     

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.     

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.     

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.     

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.     

采用极值搜索算法估计附着系数的车辆驱动防滑控制

为了解决现有驱动防滑控制(ASR)策略响应慢、鲁棒性差的问题,提出一种利用扰动极值搜索算法估计动态路面附着系数的车辆驱动防滑控制策略.搭建车辆动力学系统模型,采用扰动极值搜索算法,自动搜索路面附着系数-滑移率曲线的极大值点,并设计一种踏板信号前馈控制与滑移率负反馈校正的动态驱动防滑控制策略,将车轮滑移率控制在附着系数-滑移率曲线附着系数极大值对应的滑移率处.结果表明:采用扰动极值搜索算法估计路面附着系数的驱动防滑控制策略能够在0.4 s将轮胎滑移率、附着系数和车辆加速度控制在最优滑移率、最优附着系数和稳定车辆加速度较小的邻域内,比门限值ASR控制快0.8 s.     

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。     

台风随机模拟与极值风速预测应用

采用Monte-Carlo台风风场随机模型，结合台风历史记录资料和近地台风观测结果，对上海周边沿海区域内的台风风场参数合理取值进行了优化．以越界峰值法和广义№分布探讨了工程场地目标重现期内极值风速预测分析过程，使在较短台风风速序列上进行极值风速预测成为可能．而后，将上述理论与方法应用于上海-崇明越江通道工程极值风环境研究，预测了台风气候模式工程场地重现期极值风速结果，并与实测结果和规范进行了对比。     

基于贝叶斯傅里叶动态模型的桥梁极值应力预测

研究了基于健康监测应力数据的桥梁极值应力动态预测.考虑到监测应力的周期性、随机性和动态性等特点,首先初次建立了桥梁监测极值应力的傅里叶动态非线性模型(Fourier Dynamic Nonlinear Model,FDNM),结合Taylor级数展开技术,将FDNM近似转化为傅里叶动态线性模型(Fourier Dynamic Linear Model,FDLM);然后采用贝叶斯方法,基于动态监测极值应力数据,建立了无先验信息的贝叶斯傅里叶动态线性模型(Bayesian Fourier Dynamic Linear Model:BFDLM),进而对监测极值应力的一步向前预测分布参数和后验应力状态分布参数进行了预测分析;最后通过实际桥梁监测极值应力数据对本文所建模型和方法的合理性及适用性进行了验证分析,结果表明本文所建BFDLM能够反映桥梁极值应力的周期性、随机性以及动态性等特点.研究成果将为桥梁监测极值应力预测提供理论基础和应用方法.     

车致桥梁火灾发生概率评价模型

针对日益严重的桥梁火灾问题,采用模糊综合评价的方法对车致桥梁火灾发生概率进行研究.首先,全面考虑车辆火灾发生概率的各影响因素,建立车致桥梁火灾风险评价指标体系.然后,采用层次分析和熵权相结合的方法确定各指标权重,并采用灰色模糊理论对初始评价矩阵进行处理,从而建立了车致桥梁火灾发生概率评价模型.由于桥梁火灾与隧道火灾具有很大的相似性,参考隧道火灾统计数据,建立了车致桥梁火灾频率评价标准.最后,对某桥梁进行应用实例分析,得到了货车火灾发生的概率.研究结果表明,车致桥梁火灾发生概率模型适用可行,可为桥梁抗火设计和安全维护提供决策依据.     

重载预测模型及RC连续梁桥结构反应分析

为了解我国车辆交通量和车载水平的非平稳变化对公路桥梁承载力的影响,利用大量实测重载数据,分析了重载时间频度与荷载集度的非平稳特性,分别基于季节时间序列和RICE极值外推理论,建立了非平稳重载交通量预测模型和荷载极值模型,以实际重载交通流分布进行某实桥有限元模型加载,分析非平稳重载作用下桥梁的内力变化.研究结果表明：重载产生的跨中弯矩约为中国规范的1.21～1.55倍,美国规范的1.13～1.45倍.交通量增加后,跨中弯矩和支座负弯矩最大增幅分别为10%和22%,梁底混凝土的应力增大,最大增幅为14%.总体上,重载交通的非平稳增长使得主梁内力增加,但梁底混凝土应力大小未超出规范限值;重载在桥面的纵、横向空间分布特性对结构的内力影响较甚,在选取内力控制截面时应予以考虑.     

应用BDLM的桥梁非均匀极值应力动态预测

为动态预测桥梁结构的非均匀极值应力信息，采用桥梁监测系统的极值应力数据，建立非均匀极值应力的贝叶斯动态线性模型. 考虑到BDLM初始状态概率分布的多样性，引入K-L信息测度来选择最优分布函数，并采用折扣因子、单一贝叶斯因子和累积贝叶斯因子对BDLM进行监控，实现极值应力分布参数的一步向前预测. 最后通过工程实例验证了所建模型和方法的合理性.     

基于LSTM网络的车辆动态荷载识别方法

为了识别车辆的动态荷载,提出了一种基于长短时记忆网络的方法.该方法以桥梁加速度响应为输入,采用有限的数据集,实现车辆动态荷载的识别.建立了车桥耦合模型进行验证,以60组桥梁加速度响应为输入,以相应的车辆动态荷载为输出,通过训练长短时记忆网络来反演车辆动态荷载,并讨论了环境噪声及路面粗糙度对识别效果的影响.结果表明：测试集的车辆动态荷载识别误差平均值均小于5%;车辆动态荷载识别误差不随噪声水平变化,且平均误差小于5%;车辆动态荷载识别误差随着路面粗糙度等级的增加呈现略微增加的趋势,平均误差小于5%.在不同噪声及粗糙度水平下,长短时记忆网络均可用于车辆动态荷载的识别.     

桥梁极值应力的改进高斯混合粒子滤波器动态预测

为合理地动态预测在役桥梁的极值应力信息,应用桥梁健康监测(BHM)系统的长期日常监测极值应力数据,建立非线性动态模型,引入扩展卡尔曼滤波器(EKF)与高斯混合粒子滤波器(GMPF)相结合的改进高斯混合粒子滤波器(IGMPF)预测算法,对监测极值应力的一步向前预测分布参数及其状态变量的后验分布参数进行预测分析,并进行了实例验证.IGMPF不仅可以得到实测极值应力状态的合理重要性函数,还可以解决传统预测方法的短期性和精度不高的问题,为实际BHM系统的动力响应预测提供了理论基础.     

受力筋搭接钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

为研究钢筋搭接接头对钢筋混凝土梁受弯性能的影响,验证现有钢筋搭接长度修正系数是否能满足《混凝土结构设计规范》（GB?50010—2010）的正常使用极限状态限值要求,以钢筋搭接长度和搭接百分率为变量,完成了16根两点集中荷载作用下受力钢筋搭接钢筋混凝土简支梁受弯性能试验. 对试件的裂缝发展、裂缝宽度、裂缝间距、破坏形态、受弯承载力和跨中挠度等进行了观测. 试验结果表明：搭接百分率及钢筋搭接长度对试验梁的承载能力及变形有较大影响,钢筋搭接长度较大的梁试件均能满足承载能力要求;在使用阶段荷载下,试验梁的跨中挠度均满足限值要求,但钢筋搭接长度较小的梁裂缝宽度不满足限值要求. 基于试验数据并考虑搭接百分率及钢筋搭接长度两个参数,给出了钢筋搭接梁最大裂缝宽度与钢筋无搭接梁最大裂缝宽度的关系,并提出了钢筋搭接长度修正系数的建议值,以此为基础对我国混凝土结构设计规范及美国ACI 318规范的合理性进行了探讨.