基于动态称重算法的车辆荷载分布规律的研究

为减少车辆超载运营对公路桥梁疲劳损伤的影响,对各桥梁车辆荷载分布模型进行研究。采用统计概率分布的方法,给出分布密度函数,便于后期超载车辆的管理。研究结果表明,不同车型分布规律存在一定差异,二、三轴车符合广义极值双峰分布,四轴及以上的车型分布符合正态分布模型。     

基于实测轴载谱的重载沥青路面交通参数

为更准确地确定重载沥青路面设计的交通参数,首先提出了车辆分类方法,然后通过调查收集京沪高速公路鲁苏省界的车辆类型及轴载数据和长深高速公路滨州段的动态称重数据,创建了车辆轴载信息数据库.根据数据库查询统计,分析了沥青路面设计的交通参数,包括车辆类型分布系数、卡车月调节系数、卡车小时分布系数、轴数系数和轴栽分布系数,并给出了相应的推荐值.最后分别统计分析了前轴、双轮组单轴、双联轴和三联轴的轴载累积分布率.结果表明,在进行路面结构设计时,宜根据交通等级和类似道路车辆轴载统计确定设计代表荷载;基于实测轴载分析提出以单轴160 kN作为重栽交通设计轴载,以双联轴380 kN作为验算荷载.     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(二)——计重收费地区和强制治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区的车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆的荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(一)——非治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

车辆荷载下多车道横向折减系数的计算和分析

根据近几年我国主要干道的车辆荷载实测数据,对不同测点的车辆总重进行了统计分析,建立了不同测点车辆荷载的总体概率模型及截尾概率模型。在此基础上,采用概率方法对车辆荷载服从非正态分布的多车道横向折减系数进行了计算和分析,给出多车道横向折减系数建议值,并与规范规定的数值进行对比。结果表明:不同测点车辆荷载的总体概率分布服从多峰分布,概率密度函数可用1个对数正态和3个正态概率密度的加权和表示;左截尾概率分布服从对数正态分布。设计基准期内最大值的概率分布服从对数正态分布。车辆荷载按多峰分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.95,0.85,0.78,0.74,0.73,0.69,车辆荷载按截尾分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.86,0.73,0.62,0.57,0.56,0.50,均不小于《公路桥涵设计通用规范》规定的数值。     

桥梁超重荷载与限载标准的确定

为了分析公路运营中超重荷载对桥梁的影响，以陕西省府谷-店塔公路上运煤超载车辆为调查对象，根据车辆装载特点和轴型分布特征，将超载车辆分为9种类型，分析了9种车型的超载、超限情况；利用线性回归，得出超载与超限的函数关系。利用等代荷载方法，与公路-Ⅰ级荷载相比较，确定出9种车型的限载系数和限载标准，评价了限载后车辆荷载特性，认为车辆限载后宜使用多轮、多轴运营车型。     

基于有限混合分布建模方法的道路轴载模型研究

车辆轴载谱是道路路面设计的关键。对此,提出采用有限混合分布建模方法,精确模拟车辆轴载的分布特性,建立了基础经典分布选择、分布参数校核和基于最小二乘误差优化等方法。并基于四条高速公路的实测WIM数据,校验了该有限混合分布模型,获得车辆单轴和联轴的典型荷载分布模式。结果表明:采用对数正态分布与正态分布线形组合的有限混合分布模型,能很好地拟合车辆轴载的分布特征,R2均在0.96以上,拟合精度高。该混合分布模型具有参数易校验、连续可微等优点,可广泛适用于任意数据类型,其形成的全概率模型也可为道路路面设计提供理论依据。     

白涧河大桥车辆荷载模型研究

为了计算白涧河大桥汽车荷载模型，基于健康监测系统的汽车荷载数据，统计车型、车重、轴距等信息并进行数据处理图表化，获取其概率密度分布情况。同时结合国家现行规范及有限元计算方法计算得到相对于规范的汽车荷载模型参数。结果表明：车型按照汽车型号主要以2轴和6轴车为主，所占比例均约为48%。上下行车辆数量相当，行车道车辆数远高于超车道。行车道以2轴车为主，超车道以6轴车为主。超车道车重概率密度分布服从混合高斯分布，行车道车重概率分布服从威布尔分布。根据实际检测到的汽车荷载效应，得出适用于白涧河大桥的汽车荷载模型取《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)公路—Ⅰ级汽车荷载的1.1倍。     

基于桥梁结构安全可靠性的车辆载重限值研究

针对运营阶段桥梁汽车荷载限载管理问题,开展基于安全可靠性的车辆载重限值分析方法研究.通过实测车辆荷载数据统计,分析现阶段载重车辆类型及其荷载分布特征.根据车型比例、车辆超载情况,以及各车型轴组配置对结构响应的影响,建立桥梁限载的典型车型谱系.以可靠性理论为基础,从结构安全角度,提出基于可靠度反问题的车辆载重限值分析方法和计算步骤.     

江苏省高速公路交通量轴载谱特性分析

车辆荷载对于高速公路路面状况及使用寿命的影响十分显著,传统基于交通调查与分析的方法难以真实合理的反映高速公路路面实际承受的车辆荷载状况。为了对车辆轴载分布特征进行更为精确的描述,本文依据江苏省高速公路联网数据,对江苏省各高速公路断面交通量、交通组成等进行了详尽的调查。在此基础上,对江苏省高速公路轴载谱分布特性进行了分析研究。研究结果表明:江苏省高速公路交通量中小型客车占据比例较大,达到了58%,但由于轴重较小,对路面损伤作用较小;对路面性能影响较大的货车中各种轴型均存在较为严重的超载现象,其中三联轴双轮货车超载最为严重,但超限吨位基本不超过限值的35%,计重收费效果明显。因此,货车超载现象在江苏省高速公路中十分普遍,应进一步严格限制货车超载,保障路面使用性能及使用寿命。     

永久性沥青路面试验路力学响应分布的数值仿真

为解决重载交通和复杂环境条件耦合作用下路面结构力学响应计算与实际不符的技术难题,采用永久性沥青路面试验路实测交通荷载、路面结构温度场和力学响应数据,分别构建轴载、路面温度场参数概率分布函数和基于轴载、温度变量的沥青层底最大应变力学响应回归模型。在此基础上,用计算机编程语言基于蒙特卡罗模拟法设计出参数抽样和沥青路面力学响应概率分布程序,建立了针对轴载、温度场参数离散型分布和正态分布特点的随机变量抽样方法,实现了参数输入和基于全年交通组成与温度变化周期的沥青路面力学响应分布的模拟仿真。结果表明,模拟的力学响应分布与工程实测结果一致,均近似服从正态分布。研究证明了通过蒙特卡罗模拟可揭示路面结构在荷载和温度耦合作用下的力学响应规律。     

既有桥梁车辆荷载模型的研究

基于车辆通过既有桥梁是在人员进行采集荷载信息很早之前就已经发生,认为用平衡更新随机过程可以更好地描述车辆通过既有桥梁的过程.以平衡更新随机过程为数学模型,建立了理想车队.根据理想车队推导出车队影响线面积最大值函数、特定车队单独通过影响线概率分布和特定车队总重分布的表达式,结合数值分析方法得出给定评估期车辆荷载的最大值概率分布.最后通过实例分析了该荷载模型,为既有桥梁车辆荷载模型的研究提供了参考.     

法规路面计算关键参数CAM调查及计算分析

在法国路面结构计算中,CAM值(与路面结构类型和道路分类有关的重型荷载平均影响系数)的大小会直接影响路面结构层厚度。该文结合西非某国实测轴载数据,对各类车型轴载及超载情况进行分析,并按照法国标准规范计算实际CAM值。通过计算分析得出：当有实测轴载时,宜采用直方图法计算CAM值;针对非洲大多数国家,如存在车辆超载情况时,CAM取值宜高于规范推荐值,且不宜小于1。     

计重收费模式下运营车辆荷载的POT模型

当前我国高速公路车辆超载超限运营现象尤为严重,研究在计重收费模式下运营车辆荷载的极值以及其发展变化趋势成为十分迫切的问题。基于计重收费模式下广东省某高速公路的动态称重数据,对车辆荷载按车型进行了车辆总重的统计分析,采用极值分析理论建立POT模型,得出车辆总重分布的尾部分布函数,并科学地预测出未来任意重现期内可能出现的车辆荷载极值。结果表明,该高速路段出现超大吨位车辆并非偶然,在未来还可能出现更大吨位的车辆荷载,对既有道路桥梁的安全运营构成了严重的威胁。可为有效控制运营车辆超载提供参考。     

既有公路桥梁不同车辆荷载连续到达过程模拟

车辆荷载是公路桥梁基本可变荷载,在各种组合中占很重要的地位.在分析评述目前国内外关于车辆荷载模型研究的基础上,依据我国现有的车辆荷载统计资料,假定车辆匀速通过桥梁,视行驶在桥梁上的n个车辆为一个车队,以截尾概率分布控制两个连续到达问距的最值,进而采用卷积方法来确定,n个不同连续到达概率密度函数.该方法可以考虑公路桥梁上的交通状况,确定不同跨径桥梁上行驶的最大车辆荷载数目,为建立合理的车辆荷载效应模型奠定了基础.     

公路运营车辆荷载极值的预测方法比较研究

为了研究桥梁结构在服役期间要承受的最大车辆荷载的预测方法,根据广东某高速公路3万多组货车的动态称重数据,采用对数正态分布模型,基于极值理论的POT模型和次序统计量模型,拟合运营车辆荷载的尾部分布,据此模型来预测未来两年可能出现的车辆荷载极值,并与相应实测数据进行对比验证,结果 POT模型和对数正态分布的预测值与实测数据相近,但由于对数正态分布存在理论缺陷,最终得出了POT模型更适用于车辆荷载极值预测分析的结论。     

高等级公路车流轴载模型研究

为解决交通流当量轴次的计算问题,在分析交通流构成和分布的基础上,利用轴载谱、轴载分布函数、单车当量轴次、车流当量轴次等一系列概念,提出了一套完整可行的公路运输车辆车流轴载计算方法并建立了车流轴载模型。在世行安徽公路项目II———超载运输研究课题中,利用该模型解决了如何使用车辆称重数据资料计算交通流当量轴次的问题。     

车辆竖向振动荷载模型计算

针对中国交通车辆状况以及车辆对路面的作用特点,提出车辆代表轴型——单轴与双联轴,对两种代表轴型分别建立双自由和三自由度车载振动模型,并求解了车载振动模型的稳态解,编制了相关模拟车载动态振动作用的计算程序,进行计算分析,并提出最大附加动荷载的概念来表征车辆荷载振动特性,得出了最大附加动荷载与路面不平整度波长与幅度、车辆速度、车辆载重及系统固有频率等多个参数的关系。     

基于实测数据的悬索桥钢箱梁温度场特性研究

为明确大跨度悬索桥扁平钢箱梁温度和温度梯度特征,以南溪长江大桥正交异性钢箱梁为研究对象,基于健康监测系统中温度传感器的长期实测数据,采用分段函数描述环境温度和日照辐射共同作用下钢箱梁日温度变化曲线。在此基础上,采用高斯混合模型描述钢箱梁年温度多峰概率分布,并引入赤池信息判别准则(AIC)和贝叶斯信息判别准则(BIC)确定最优高斯分量数。统计钢箱梁一年日温差极值并进行参数评估,得到钢箱梁年温差极值分布模型。对年温差极值分布函数进行外推,得到设计基准期温差的极值分布函数并计算温差标准值。引入相关系数分析法对各温差组进行相关性分析,剔除实际不存在的温差模型。研究结果表明:相比正弦函数,分段函数能更准确地描述太阳辐射作用下箱梁截面日温度变化特征;当高斯分量数为3时,混合高斯模型拟合钢箱梁年温度概率分布最优;外推设计基准期模型能够较好地计算设计基准期温差标准值;通过相关性分析剔除了4组不存在的温差模式;得到顶板和腹板各8组温差模式;最后与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中钢混结构竖向正温差设计值进行对比,一、二级温度梯度与设计规范分别相差4.2℃和2.3℃。     

超载交通对道路路面性能的影响

道路交通由大量不同类型的车辆组成,在路面设计中,应用卡车因子将这些车辆对路面的破坏转化成具有相同破坏的标准轴考虑,将卡车转化为标准轴的卡车因子或将各轴转化为标准轴的当量轴载,换算系数是通过平均轴载定义的,这一过程中包括轴载大于最大限值的车辆,也有相当数量总重超载的车辆,这些车辆导致路面显著破坏,增加了路面建设和维修费用。该文通过研究不同车辆在5种不同沥青层厚度和5种不同路基刚度模量的一组路面上的卡车因子,来探讨超载车辆对道路路面的影响。研究显示:与法定荷载的相同车辆相比,超载车辆的存在会将路面成本提高100%以上。