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.     

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WIM的江苏省干线公路桥梁车辆荷载统计模型

为建立江苏省干线公路桥梁车辆荷载统计模型,基于典型公路桥梁动态称重系统(WIM)实测数据,归类出了通行车辆的代表车型,并建立了各车辆参数的统计模型.首先,统计分析了不同车轴车辆的车流量变化规律;然后,采用k-means算法,根据车轴距归类出了13类代表车型,并研究了各轴轴重随车重的变化规律;在此基础上,采用混合分布拟合了车辆荷载概率密度函数,并采用广义Pareto分布(GPD)拟合了车辆荷载截口分布;最后,对车辆的到达时间间隔和行车间距进行统计分析.结果表明：车重概率密度分布具有明显的双峰或多峰分布特征;随着车重的增加,各车轴承重比例逐渐趋于定值,并且联轴下的各轴轴重具有一致的变化规律;此外,由于附近交通信号灯的影响,超过50 t的车辆同时出现在桥梁上的概率达到9.31%.     

双车道公路无信号交叉口通行能力

分析了现有的车头时距分布模型 基于对我国大量的双车道公路上运行车辆车头时距分布模式的调查 ,提出了改进的M 3型车头时距分布模型 ,推导出双车道公路无信号交叉口处当主车道车流车头时距服从改进的M 3型分布时次车道车流通行能力计算公式 ,得出了整个交叉口通行能力随主车道车流量的关系 ,从而可为交叉口的评价及应采取的管理措施提供依据     

双车道公路无信号交叉口通行能力

分析了现有的车头时距分布模型。基于对我国大量的双车道公路上运行车辆车头时距分布模式的调查,提出了改进的M3型车头时距分布模型,推导出双车道公路无信号交叉口处当主车道车流车头时距服从改进的M3型分布时次车道车流通行能力计算公式,得出了整个交叉口通行能力随主车道车流量的关系,从而可为交叉口的评价及应采取的管理措施提供依据。     

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.     

双车道公路车头时距分布模型研究及应用

通过对我国城市间大量存在的二级、三级等双车道公路上运行车辆头时距的研究,提出了一种改进的Ｍ３车头时距分布模型;并了对于采用让路规则等理交通的无信号交叉口,当主车道车流车头时距服从各种不同的分布下时,次车道车流的理论通行能力。     

信号交叉口右转车道饱和流量研究

针对我国现有道路交通条件下典型的信号控制交叉口,对不同车道宽度、转弯半径的右转车道的饱和车头时距进行现场测定.在确定和排除了数据中的异常值后进行数据分布分析,结果表明右转车道饱和车头时距服从对数正态分布或正态分布.考虑右转车道宽度、转弯半径的影响,给出了右转车道饱和流量的回归计算模型.比较结果表明,所给计算模型比美国HCM2000(Hghway Capacity Manual 2000)更符合国内的实际情况.     

多车型车流穿越多车道主路的通行能力

以可接受间隙理论为基础,利用概率论的方法,由以由ｒ种代表车型组成的混合车流进行分析,建立无信号交叉口支路混合车流穿越主路ｍ条车道,每一车道交通流的车头时距服从不同强度的Ｍ３分布的通行能力模型,推广了无信号交叉口单一车型、单一车道理通行能力模型。     

基于车轴图谱的城市道路汽车运行特性分析

为探究城市道路不同行车道汽车运行特性,在烟台市滨海东路进行汽车运行速度样本测试试验,采用AxleLight RLU11系列路侧交通数据采集系统分车道采集试验路段汽车运行速度及车头时距样本,利用SPSS软件对试验路段不同车道运行速度样本及车头时距进行统计处理,分别绘制了不同车道运行速度及车头时距累积频率曲线,计算得到不同车道运行速度V_(85)及车头时距T_(85)。结果显示:试验路段内侧车道运行速度V_(85)比外侧车道运行速度V_(85)大,内侧车道车头时距T_(85)比外侧车道车头时距T_(85)小。建立了内侧车道和外侧车道车头时距T与运行速度V的关系模型,基于试验路段内外两条车道运行速度V_(85)及车头时距T_(85)不同,城市道路不同车道的限速值也应采取不同的限速标准,采用不同的限速标准使得内侧车道交通流能够高速运行,提高城市道路通行能力,减少城市道路拥堵问题。     

连续宽箱组合梁桥混凝土桥面板的疲劳损伤度

以杭州九堡大桥北引桥工程为背景,在已知疲劳设计车辆荷载模型的基础上,利用有限元法计算了车辆荷载下组合梁桥桥面板局部钢筋的应力历程.根据预测交通量,采用雨流法,换算得到了桥面板钢筋的应力谱,并用累计损伤准则得到了钢筋的疲劳损伤.对各车道在车轮局部荷载作用下钢筋的等效应力幅进行了对比,找到了最不利的车道受力位置,并对重车比例对混凝土桥面板的疲劳损伤的影响进行了比较.分析结果表明:如果仅按照静力标准设计,连续宽箱组合梁桥桥面板在100年设计使用期内出现疲劳破坏的可能性很大,设计时应充分考虑疲劳的影响,慢车道位置的合理布置以及减少重车的比例对桥面板的疲劳性能有显著的提高.     

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%。     

基于实测车流的钢箱梁横隔板疲劳特性

为研究车流荷载作用下钢箱梁横隔板弧形切口处母材的疲劳特性,以佛山平胜大桥为背景工程,基于动态称重系统(WIM)监测数据,得到了该桥9种车型的疲劳荷载谱,运用ABAQUS建立了钢箱梁节段模型,计算了横隔板弧形切口处疲劳应力时程曲线。通过模型试验验证,得到了设计弧形切口的疲劳寿命和裂纹扩展规律。研究结果表明:该悬索桥疲劳车型可简化为V2～V10共9类,不同车道的同一车型轴重差异较大,3~#、4~#车道轴重普遍高于1~#、2~#、5~#车道,最大轴重为3~#车道的V10车型的Z3轴,重达151 kN;重车道(3~#、4~#车道)V2～V10车型的比例明显高于其他车道;轮轴作用下弧形切口处沿纵桥向的应力影响线较短,约3个横隔板间距,动力响应始终为压应力,且仅能识别轴组,不能分辨轴组中的单根轴重,当V10车型后轴组通过时,弧形切口的压应力幅达最大,为-169 MPa;考虑车辆超载时,弧形切口处的最小和最大疲劳应力幅分别为不考虑车辆超载时的1.17倍、1.75倍;模型试件在膜压应力幅作用下弧形切口处母材出现疲劳裂纹,开裂位置与实桥一致,均萌生于横隔板弧形切口处起弧点附近,裂纹长度达53 mm;裂纹扩展前期速率较快,后期逐渐减慢;轮载横向作用位置对弧形切口处应力幅影响很大,轮载作用于弧形切口正上方时,该位置应力幅最大。     

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.     

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。     

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。     

快速路合流区大型车换道时空特征及风险研究

为了研究大型车换道行为特性及其风险状况,基于无人机拍摄与图像识别技术,采集快速路合流区大型车运动轨迹数据,并对其换道特性和时空风险进行分析。结果表明：大型车换道持续时间的平均值为5.28 s,前半时间平均值为2.60 s,后半时间平均值为2.68 s,纵向换道行驶距离平均值为78.12 m,均服从Weibull分布,且均与换道速度显著相关,大型车换道持续时间及前半时间均和与原车道前车间距、与目标车道前车间距显著相关,前半时间还与沿车道线距离显著相关;75.40%的大型车在合流区瓶颈路段前100 m内开始变道,且由外侧车道向内侧车道依次扩散;大型车与原车道前车的车间距和相对速度平均值最小,分别为22.91 m、-0.90 m/s,若换道间隙较小,驾驶员更倾向于在换道间隙缩小缓慢或不断扩大时换道;大型车换道时与原车道前车的碰撞风险最高,约有15.32%大型车换道时与前车处于不安全状态。     

基于WIM的江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型

基于江苏全省高速公路桥梁逾5.4×10~7辆汽车荷载数据,统计全省高速公路桥梁汽车荷载特性,包括车型、车身质量、车间距、轴质量、轴间距等,建立全省高速公路汽车荷载特性的概率分布模型.然后,采用与国家规范制定相似的流程和方法,建立江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型,并计算模型的相关系数.结果表明,江苏省高速公路桥梁两轴车和六轴车比例分别约为76%和15%,平均超载率为7%.江苏省高速公路桥梁的实际运行汽车荷载为规范中公路-Ⅰ级汽车荷载中车道荷载的1.46倍.根据实测汽车荷载数据,计算得到一车道、二车道、三车道、四车道、五车道、六车道的横向折减系数分别为1.20、1.00、0.85、0.72、0.60、0.47.研究结果可为江苏省高速公路桥梁汽车荷载标准的制定及既有桥梁加固维修提供参考.