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。     

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.     

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.     

港口公路桥梁疲劳荷载谱研究与应用

为了对港口公路桥梁疲劳荷载谱进行研究,以浙江沿海一座港口公路桥梁为背景,连续跟踪其1年内的通行车辆荷载信息,研究港口公路桥梁的疲劳荷载谱。首先根据车轴数量和轴距将桥上通行车辆划分为7类,从车流量、轴载质量和轴距3个方面分析港口公路桥梁车辆荷载的分布特征;然后根据等效疲劳损伤原理,计算各车型的等效轴载质量和等效轴距,得到港口公路桥梁疲劳荷载谱;最后应用得到的疲劳荷载谱,采用热点应力法对该港口公路桥梁正交异性钢桥板的3个关键疲劳细节进行寿命评估。结果表明:两侧慢车道车流量占主要地位,占比高达总量的79.5%;四轴以上货车(V4~V7)在总车流量中占比高达81.5%,以V4、V5和V7为主;其中四轴车轴载质量均服从混合高斯分布,轴距均服从典型高斯分布;在港口公路桥梁疲劳荷载谱中,所有等效疲劳车辆的质量均大于10t,并且四轴以上货车占比高达85.9%;四轴以上货车对钢桥面板的疲劳损伤贡献率超过90%,其中五轴车和六轴2类车占比最高,约为70%,三轴2类车的疲劳损伤贡献率最低,占比不到1%;评估得到该桥钢桥面板的3个关键疲劳细节的疲劳寿命均小于设计使用寿命,并且疲劳细节P2和P3的疲劳寿命仅为4.4年和6.1年,后续应对其加强监测,以确保桥梁结构安全;得到的疲劳荷载谱对今后港口公路桥梁的抗疲劳设计和疲劳损伤评估具有较强的参考价值,疲劳寿命评估结果对该桥的后期维护具有指导意义。     

大跨桥梁多车道随机车流荷载模拟及应用

采用微观交通流模型中的元胞自动机模型(CA模型),建立了大跨桥梁多车道随机车流数学模型,编制了可视化的车流模拟程序,用元胞的演变模拟大桥上车流的运行状态。以南京长江二桥为例,通过分析实测车流数据确定了车流模型中各个车道的车型比例及车辆的断面发车率等交通特征参数。对来自二桥收费站的数据进行分析,得到不同车型车质量的分布函数及参数。把这些参数输入程序模拟得到二桥上车辆时空分布情况及每个时刻对应的车质量、车速等数据。通过模拟数据与实测值的对比,发现模拟车流结果与实际车流情况较吻合,从而验证了该模拟方法的有效性。该方法的实现为随机车流荷载的生成及桥梁动力响应分析提供了一种有益的模式。     

下承式拱桥吊杆轴力监测与模拟分析研究

通过选取典型的吊杆对轴力进行了日、周变化的实际监测分析,并利用Matlab软件编制了随机车流模拟程序,分别形成不同荷载谱下的吊杆在模拟随机车流作用下的历程曲线,并通过实测吊杆轴力的对比分析,得到天津市的荷载谱更接近实际的情况,也表明模拟的结果是可靠的；对恒载、温度效应进行了剥离分析,得到恒活比以及温度这个增量效应的大致变化规律及其影响程度.     

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。     

基于WIM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，并建立了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了分析，结果表明：对福建省重载交通公路桥梁，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。本文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。     

车辆荷载统计分析

本文按随机过程理论,用Monte-Carlo技术研究了桥梁上车辆荷载在空间分布上的统计特性。根据车流的物理模型编制了相应的计算机程序,据实测数据及有关资料,计算出车辆荷载的均值、方差及自相关函数。各基本变量对统计特性的影响,用改变参数的方法作了数值上的研究。所得结果是满意的,为军用桥梁荷载的统计分析提供了一般方法。     

车辆荷载谱作用下简支T梁力学性能

由自编程序VLS(vehicle load spectrum--车辆荷载谱)构造随机车辆荷载谱,利用有限元程序将一般运行状态下的随机车辆荷载谱加载于简支T型钢筋混凝土梁上,模拟该梁在车辆荷载通过时的动力响应,得到了T梁位移时间历程曲线以及梁压区混凝土和拉区钢筋的应力时间历程曲线,并分析了压区混凝土和拉区钢筋的疲劳性能.结果表明车辆荷载谱作用下T梁动挠度大于汽车-20和挂车-100静荷载作用下的挠度;压区混凝土及拉区钢筋的最大应力均介于汽车-20和挂车-100静荷载作用下的应力值之间;T梁疲劳寿命可达到2×106,但不超过2×107;拉区钢筋不能够满足混凝土规范关于疲劳验算的规定,需要进行验算.     

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.     

公路桥梁冲击系数的测试与分析研究

以电阻应变片和机电百分表作为检测元件,利用动态信号测试分析系统对桥梁进行动载检测,根据实测动应变和动挠度数据分析计算公路桥梁的冲击系数,测量结果准确反映了车辆动载荷对被测桥梁结构的冲击效应.     

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。     

关于CBMS中需要进一步完善的问题探讨

文章结合工程实例,介绍了中国公路桥梁管理系统的内容、主要功能和技术特点,根据实际应用中的先后顺序,对中国公路桥梁管理系统的外业数据采集、内业数据输入、桥梁各部件和整座桥的评级打分及最终输出结果进行了分析;并对在操作过程中碰到的几个问题提出了相应的探讨和解决对策,对中国公路桥梁管理系统的进一步完善有重要意义.     

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.     

桥梁随机载荷数据采集和数值模拟

考虑了随机过程的分布函数和功率谱密度函数,采用非高斯过程的数值模拟方法对某桥梁车辆荷载实行再现,模拟结果表明,这一方法很好地处理了从交通流量到试验载荷谱的转换,完成了交通流量时域到频域的转换。     

高速公路桥梁随机车辆荷载谱

以吉茶高速公路矮寨大桥为工程背景,进行了为期48h的随机荷载调查与研究。研究结果表明,该桥车辆荷载主要是以第二类小轿车和第七类大型货车为主,其中,小轿车占总车辆的49.51%,大型货车占总车辆的21.56%,其余类型车辆所占的比例均小于10%;第一类至第七类车型的典型车重分别为1 646,1 451,3 572,12 395,6 974,29 104,52 832kg。在此基础上,将每种类型的车辆折算成第七类车大型货车进行分析,从而得到折算后的车辆荷载的时间序列,然后再通过MATLAB编程获得车辆荷载的自相关函数和车辆荷载的功率谱密度函数。对折算后服从正态分布的随机车辆数据分别求出其均值和标准差,利用MATLAB编程来模拟高斯随机过程,最后得到矮寨大桥随机车辆荷载谱。研究成果可为高速公路桥梁的荷载谱编制和耐久性评估提供依据。     

基于交通量调查的大跨PC箱梁跨中区段疲劳应力谱

为分析大跨径预应力混凝土(简称PC)箱梁跨中区段在车辆荷载作用下的疲劳累积损伤,以某PC连续刚构桥为例,对车辆荷载产生的疲劳应力谱进行了研究.首先,运用实桥交通量调查数据,计算得到了等效标准疲劳车的总轴重,据此从相关设计规范中选取了标准疲劳车模型.其次,运用Newmark法进行了动力时程分析,得到了标准疲劳车通过全桥时跨中截面的内力历程,并运用雨流计数法对内力历程进行了计数处理.然后,根据实桥交通量调查数据,分析了桥梁设计基准期内疲劳荷载的循环次数.最后,依据Miner线性累积损伤理论以及桥梁实际受力状况,分别确定了200万次室内疲劳试验的等效疲劳应力幅和疲劳平均应力,由此得到了由车辆荷载产生的疲劳应力谱.     

地震作用下车辆-公路桥梁耦合作用的能量机理

由于地震作用下车辆和公路桥梁相互耦合作用的复杂性,目前对其相互作用机理的研究较少,导致各国现行公路桥梁抗震设计规范关于桥梁在地震作用时是否需要考虑活载作用仍然存在分歧.现有研究表明,车辆既可能对桥梁的地震响应产生有利影响,也可能产生不利的影响.本文在已有的研究基础上,对车桥耦合接触行为进行简化模拟,采用能量法对车辆-公路桥梁耦合作用机理进行分析.结果表明：车桥耦合作用对输入到桥梁水平方向能量的影响可以忽略不计,但会导致输入到桥梁竖向总能量的减小,因而使桥梁的竖向地震响应减小,而输入到车辆竖向的能量则主要来自桥面振动;此外,车辆质量越小,桥梁振动产生的对车辆水平方向的能量输入越大.     

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。