拱桥汽车设计荷载标准分析

分析了超载车辆对桥梁的影响与现行规范即《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中的汽车荷载标准对公路上运营车辆荷载的适用性,研究了广深高速公路车辆荷载的动态称重系统(WIM)实测数据,利用Monte Carlo方法模拟随机车辆荷载和随机车辆间距,编制了随机车队加载效应计算程序,计算了无铰拱跨中和拱脚截面的弯矩效应,采用极大值分布原理求得荷载效应在设计基准期内的标准值,给出基于WIM实测数据的汽车荷载标准模型,并与现行规范中的设计荷载标准进行对比。计算结果表明:推荐车道荷载作用效应对实测荷载效应包容性和适用性良好,拱桥跨中弯矩误差小于7%,当跨径为25~65、110、120m时,拱脚弯矩误差为5%~11%,其余跨径时的拱脚弯矩误差小于5%;基于广深高速公路实测荷载推定的荷载标准与现行规范中公路-Ⅰ级车道荷载在无铰拱上产生弯矩效应的比值为1.24~2.18,平均比值为1.80,说明广深高速交通量大,车辆超载超限严重,根据实测车辆荷载推断的荷载标准与现行规范荷载标准出现了较大偏差,广深高速桥梁设计荷载标准应在现有规范基础上适当提高。     

某跨海大桥运营期交通特性及荷载效应研究

通过对某跨海大桥1个月的WIM数据进行统计,分析了运营阶段的交通组成特性及其规律,讨论了车辆荷载和车队荷载特性、多车道汽车荷载的横向分布规律。以该跨海大桥双塔三跨斜拉桥结构的关键截面为分析对象,研究了在实测车流荷载作用下的效应分布特征,并与现行设计规范的汽车效应标准值进行对比。结果显示:车头间距和时距与小时交通量呈现出二项指数函数关系;由于不同轴型车辆对行驶车道选择的倾向性,导致各车道汽车荷载水平分布存在明显的差异,单个重车车道效应极值大于规范值,而多车道总体效应小于规范值。探讨了现行规范在多车道荷载折减问题和大跨径桥梁汽车荷载效应计算模式上的不足与建议。     

基于动态称重技术的中小跨径桥梁最不利车辆荷载研究

当工业重型车辆通过中小跨径桥梁时,往往会造成比规范规定值大得多的荷载效应,因此在桥梁设计尤其是承载能力评估时,应当合理地选择车辆荷载进行复核验算。文章首先提出了最不利车辆荷载的概念,然后基于大量实测动态车辆荷载数据,通过综合评定车辆荷载构成及其效应的方法,给出了国内外最不利车辆荷载的实测记录,最后通过与规范规定值的比较,初步验证了该文所确定最不利车辆荷载构成的合理性。     

基于汽车荷载适宜性的公路桥梁设计方法

总结了我国公路桥梁设计的汽车荷载标准发展历程及其研究背景,在我国目前汽车超载和重载问题非常普遍的现实条件下,提出结合实测汽车荷载信息开展桥梁设计的思路,探讨了不同跨径桥梁的汽车荷载效应分析方法,讨论了车辆限载的影响,从而归纳了公路桥梁设计的汽车荷载适宜标准,为更加准确的桥梁设计与评估提供参考。     

基于马尔科夫链的车辆荷载效应计算模型及车辆相关性研究

车辆荷载是公路桥梁所承受的主要活荷载,准确地计算其最大荷载效应是新桥设计和既有桥梁评估工作中十分重要的环节。根据马尔科夫链随机过程理论,提出了连续车队流车辆荷载效应计算模型;利用实测WIM数据计算了多车道车辆并行概率及车辆相关系数,计算结果表明:多车道车辆并行概率并非常数,且并行车辆相关性较低,不应作为车辆随机流模拟假设。     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

基于平衡更新过程的高速公路桥梁车辆荷载效应

以沈海高速(G15)33福宁段下白石特大桥为工程背景,基于动态称重(WIM)系统监测信息,在统计分析车辆连续到达车间距、车重等信息的基础上,利用平衡更新过程建立了下白石大桥车辆荷载效应模型。研究表明:不同荷载重现期内下白石大桥车辆荷载效应服从极值I型分布;实际运营车辆荷载效应超越现行设计荷载规范的概率随荷载重现期增加依次增大;基于平衡更新过程的车辆荷载理论具有一定的合理性,但受荷载效应最大值的影响较大,不宜用于分析有突变特征的车辆荷载效应。     

大跨径钢箱梁斜拉桥静载试验研究

以象山港大桥斜拉桥为背景,通过实桥荷载试验分析,研究斜拉桥在静力荷载作用下结构的应力水平和变形。研究表明,在相当于设计汽车荷载水平的试验荷载作用下,大桥结构处于线弹性工作状态,变形增量与荷载增量呈线性关系;结构总体变形、应力、索力的理论值与实测结果较为接近;钢箱梁应力水平较低,受剪力滞效应、横坡及车轮局部效应等影响,钢箱梁顶、底板应力沿横截面呈纵向不均匀分布,尤其顶板U肋出现集中现象,这在桥梁健康监测中值得关注。     

城市桥梁在拥堵车辆作用下的荷载效应

通过对大城市交通拥堵和城市道路的车流分布特点的分析,模拟了车辆拥堵状态下的车辆荷载模型,然后选取了一座具有代表性的桥梁来展开研究,计算桥梁在不同的拥堵荷载模式下的荷载效应,包括梁体弯矩和剪力的变化规律,并将计算结果与设计状态下的荷载效应相比较,从而反映和揭示桥梁的实际受力状况.研究发现,小轿车拥堵、大客车拥堵以及小轿车和大客车混合拥堵所产生的荷载效应均小于设计荷载效应;而拥堵车辆中包含重车时所产生的荷载效应均可能大于设计荷载效应,对桥梁结构安全构成直接的威胁.     

基于WIM数据的公路桥梁交通荷载水平研究

准确评价桥梁实际交通荷载水平是正确评估桥梁结构服役状态的重要前提。介绍现行规范车辆荷载模型的获取过程,详细说明单一桥梁交通荷载水平研究的技术路线。根据所获得的2015年10月—2016年4月共计233d的WIM实测交通车辆数据,以104国道上某(60+100+60)m预应力变截面连续箱梁中跨跨中截面弯矩为例,对比计算实际交通汽车荷载及现行规范汽车荷载的对应效应值。计算表明,该桥交通管制效果明显,实际交通荷载水平小于规范对应值。     

实测车流作用下大跨桥梁荷载效应极值外推法

提出多种密度随机车流作用效应极值的概率叠加方法, 外推了公路实测车流作用下大跨桥梁的车载效应极值; 阐述了基于Rice公式的界限跨阈率叠加原理, 并验证了其正确性; 基于中国某高速公路长期监测车流数据模拟了稀疏、一般和密集3种状态的随机车流, 应用界限跨阈率叠加模型估算了某混凝土斜拉桥主梁的最大弯矩。研究结果表明: 根据某高速公路实测车流数据, 稀疏、一般、密集车流密度分别约为1.7、5.0、8.3veh·min-1;在数值算例中, 车辆质量为45t车型占有率由0增加至80%导致最大车辆质量仅下降1.2%, 而车辆质量为50t的车型占有率由0增加到20%导致最大车辆质量增加14.4%, 说明多个平稳随机过程组合而成的非平稳随机过程的极值主要是由数值较大的随机过程决定; 采用跨阈率叠加方法对某混合车流车辆最大质量的外推误差为2.55%, 验证了将实际混合车流数据进行“车流离散”和“极值概率叠加”后得到的车载效应极值的方法的可行性; 密集车流占有率从0逐渐增加至5%导致斜拉桥主梁弯矩极值增幅为33.45%;某斜拉桥设计年限内的年均交通量增长率为2.8%, 对应的主梁跨中正弯矩极值超越设计标准值的概率为0.83, 高于设计要求, 需对桥梁车流量采取管控措施。      

适应6轴铰接列车动力性的高速公路最大纵坡坡度和坡长

针对当今中国高速公路货运主导车型6轴铰接列车以满载状态在相同纵坡条件下行驶时, 其性能差于《公路工程技术标准》 (JTG B01—2014) 中纵坡设计代表车型的问题, 采用典型平路试验和实际道路试验相结合的方法, 获得了该主导车型的发动机使用外特性曲线, 分析了试验车发动机转矩、功率与发动机转速的关系; 依据汽车行驶受力方程, 建立了该主导车型在各个挡位下的坡度与车速的关系曲线, 确定了不同纵坡坡度时, 发动机全负荷状态下车辆稳定行驶的最大平衡速度, 获得了该主导车型的加速性能曲线和减速性能曲线, 提出了符合中国当前货运车型变化的高速公路上坡方向纵坡坡度、坡长等主要控制指标。研究结果表明: 相比于《公路工程技术标准》 (JTG B01—2014), 在相同纵坡条件下, 由于主导车型比功率的降低, 其平衡速度较标准中纵坡设计代表车型对应的平衡速度降低了20%~30%, 且适应其动力性的最大纵坡坡度比标准中规定的纵坡坡度小50%, 因此, 中国当前主导货运车辆动力性能不适应高速公路纵坡条件; 根据6轴铰接列车在不同纵坡上的加减速特性, 满足6轴铰接列车爬坡需求的最大纵坡坡长随坡度的增大而降低, 且降低幅度逐渐增大, 最大降幅达到60%。      

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型,结合车辆系统动力学,模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态,分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响,研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明:空气弹簧失气后车辆临界速度由623km.h-1大幅降低为351km.h-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小,轮重减载率增大,且失气过程越短,轮重减载率越大,失气过程为0.2s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300km.h-1时,车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显,当大于300km.h-1时,减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时,在圆曲线上失气最危险,轮重减载率最大为0.652。     

刚性路面动态应变响应的变换域分析

为了研究移动常载荷与谐波载荷作用下刚性路面的动态应变响应,把路面视为弹性地基上的无限大薄板,利用三维Fourier变换在时间与空间变换域内建立移动载荷的公式,分析了粘滞阻尼、车速、载荷大小对应变响应的影响。采用5个混凝土埋入式应变传感器,建立实验环境,进行路面应变响应测量,并对测量结果和仿真结果进行了比较。比较结果表明:车速与阻尼对上述两种载荷作用下板的应变响应影响较大,移动谐波载荷作用下刚性路面动态应变比常载荷产生的应变响应要大,移动谐波载荷作用下的响应稍大于实测结果。     

风屏障的突风效应对桥上列车走行性的影响

为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式（通长和非通长）时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析. 研究结果表明:设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提高,突风效应造成的加速度响应总体上增大,呈明显的非线性变化.      

关于城市桥梁大件车辆荷载的设计分析

德阳市嘉陵江公路大桥设计中,桥梁结构需要通过大件车辆荷载,该车辆荷载为QGZH490型400 t全挂车荷载,已经远远超过现行规范荷载标准。重点介绍了针对该特种车辆荷载进行的专项设计分析。     

路面随机不平度下车辆对路面的动载特性

采用快速傅立叶逆变换法对路面随机不平度进行时域模拟,建立二分之一车辆动力学模型,应用龙格-库塔法分析了路面等级、车速、载质量和车辆参数对路面动载荷的影响,研究了车辆产生的动载荷规律。仿真结果表明:车辆动载随着路面不平度的增大而明显增大;车辆动载和动载系数随着车速的提高而增大,且在固有频率附近会出现峰值;载质量的增加虽导致动载系数降低,但动载增大,故应严格限制超载现象;增大轮胎刚度和减小悬架阻尼都会引起车辆动载与动载系数的增大,因此,应限制高压轮胎的使用和选择合理的车辆阻尼参数。     

移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析

我国新建道路沥青路面是以双轮组单轴载100 kN(BZZ-100)为标准轴载,采用双圆均布荷载作用下的多层弹性理论进行设计的,而汽车实际施加给路面的是移动荷载。通过建立半刚性基层路面的三维有限元分析模型,对汽车匀速行驶及制动情况下路面的动态响应进行了有限元分析,得出了荷载正下方不同深度处节点竖向位移、竖向压应力、水平应力、竖向剪应力及水平剪应力的时间历程曲线,并与静载作用下的计算结果进行了对比分析。     

观测站交调资料的轴载换算方法研究

笔者采用加权平均的方法 ,结合漯周路的交通状况 ,得到交通量观测站中车型大类交通量换算为标准轴次的车型大类换算系数 ,能较准确地将交通量观测站资料换算为路面结构设计中所需的标准轴载作用次数     

钢桥桥面沥青混凝土铺装力学分析

本文主要利用有限元分析方法分析车辆荷载对铺装层的动力影响.结果表明:车辆在桥面以一定速度行驶时,动力影响显著;为了保证铺装层的耐久性,须对行驶车辆限载;铺装层厚度对桥面铺装层动力影响较大.