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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于元胞自动机的路面车流荷载

引入微观交通流模型中的元胞自动机模型来模拟路面上的车流荷载,用元胞的演变规则分析车流行驶过程中各个车辆的速度以及它们之间车距的变化;车辆振动模型采用1/4车身结构的2自由度模型,并根据国家标准GB7031-86规定生成路面轮廓的时域信号.分析了某盾构隧道在车流荷载作用下的动力响应,为研究车流荷载作用下隧道结构动力响应提供了数值参考.     

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.     

高速公路异构交通流HDV建模及其特征

为了更好地模拟高速公路中网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicles,CAV)与人工驾驶车辆(human-driven vehicles,HDV)组成的异构交通流,开展高速公路异构交通流跟驰与换道行为研究。首先,以NGSIM轨迹数据集为基础分析HDV的微观交通特性,根据驾驶人在相同车头时距条件下的加、减速策略,将驾驶人分为保守型、普通型和激进型3类。其次,从驾驶人感知判断结果存在不确定性的角度,结合车辆跟驰数据分析不同类型驾驶人车头时距和速度判断误差的特性,同时引入信息效用理论模拟驾驶人对CAV认知程度的变化及其对驾驶决策的影响,在智能驾驶人模型(intelligent driver model,IDM)和对称双车道元胞自动机换道模型的基础上,提出一种改进的HDV跟驰与换道模型。最后,将改进模型与IDM模型预测结果进行对比分析,并通过MATLAB对高速公路异构交通流特征进行仿真分析。研究结果表明:改进模型能够更准确地模拟车辆跟驰行为,相比于IDM模型,保守型HDV跟驰模型平均绝对误差M_AE降低24.7%,均方误差M_SE降低11.9%,皮尔逊相关系数P_CCs提高2.6%; 普通型HDV跟驰模型M_AE降低45.6%,M_SE降低38.6%,P_CCs提高4.0%; 激进型HDV跟驰模型M_AE降低41.2%,M_SE降低45.9%,P_CCs提高0.4%; 在接近自由流状态下,HDV在车流中的占比对异构交通流的速度、流量和稳定性等特征影响较小,随着密度的增大HDV占比对交通流的影响也随之增大,直到达到临界密度,车辆组成对交通流的影响开始减小; 在相同交通流密度下,HDV在车辆组成中的占比与交通流的速度、流量和稳定性呈负相关性。模型丰富了对异构交通流HDV跟驰与换道行为的研究,在高速公路HDV和CAV混行的异构交通流的交通管理和基础设施设计等方面具有一定参考价值。     

基于视频数据的道路通行能力分析及车辆排队长度模型

根据2013年全国大学生数学建模竞赛A题提供的交通视频,采集了相关数据,对数据进行仿真分析,得出了车辆变道行为发生率越高实际通行能力越低的关系,分析了实际通行能力随时间变化的趋势,并建立了数学模型.分析了占道不同对实际通行能力影响的差异,先从统计学的角度利用曼-惠特尼U检验对两种情况下实际通行能力数据进行显著性差异判断,然后结合现场交通实际情况对实际通行能力存在差异的原因进行分析.基于交通二流理论的思想,计算了车辆的排队长度.建立BP神经网络模型,模拟交通事故路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间以及路段上游车流量间关系.经检验,此模型拟合效果好、泛化能力强,平均预测误差仅为3.0168%.     

多车道下的车辆行为模型研究

针对我国混合交通的特点,提出一个新的车辆行为模型,模型由跟驰模型、邻车影响模型和换道模型共同组成.在新模型中将车辆的跟驰状态划分为一般跟驰和自由行驶,充分考虑了驾驶员的反应延迟.同时,鉴于多车道间车辆的相互干扰,还建立了邻车影响模型,探讨同向及对向的相邻车辆对驾驶行为的影响.运用面向对象开发环境VC 6.0对模型进行软件实现,将仿真计算结果与已有的实测数据进行对比,取得了较满意的结果,证明所建模型符合实际情况.     

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%。     

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。     

微观交通仿真研究不同流量条件下的车道利用率

车道利用率反映的是单一方向路段交通量在不同车道上的分布情况,它影响交通流的稳定性,是道路通行能力和交通安全的重要影响因素．针对不同流量条件下车道利用率的不确定性和难以通过实验采获等特点,应用车辆跟驰、车道变换等微观交通流仿真模型在一体化仿真环境下进行模拟研究,得到双车道和三车道路段流量一换道次数以及流量—车道利用率关系的基本规律。