基于WIM的中小橋梁汽車荷載模型研究

夏葉飛,薛 程,楊澤剛,袁微微

(1.中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 211100；2.東南大學(xué)土木工程學(xué)院, 江蘇 南京 210096)

既有橋梁評(píng)估、維護(hù)采用的汽車荷載必須適應(yīng)于橋梁結(jié)構(gòu)所處地區(qū)的交通特征及今后的發(fā)展趨勢(shì),國家規(guī)范在時(shí)間上存在一定的滯后性。隨著動(dòng)態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,基于WIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的汽車荷載模型的研究已趨成熟。

本文以江蘇省沿海高速公路WIM系統(tǒng)采集的汽車荷載數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析了汽車荷載參數(shù),建立了適用于江蘇省沿海高速公路中小橋梁的汽車荷載模型,為管養(yǎng)提供參考。

1 工程背景簡介

沿海高速公路2013年5月安裝了WIM系統(tǒng),詳細(xì)布置如圖1。

圖1 WIM系統(tǒng)稱重傳感器和車檢線圈布置圖

本文研究的汽車荷載模型是基于WIM系統(tǒng)數(shù)據(jù),時(shí)間跨度為2014年10月至2015年9月,有效天數(shù)為345天,采集到的汽車數(shù)據(jù)總量約585.6萬輛,日均1.69萬輛,包括車型、車重、車間距、軸重、軸距、車速等信息。

2 汽車荷載參數(shù)分析

2.1 車型

本文中車型按照汽車軸數(shù)分為7類,其中2軸車未區(qū)分客、貨車,因?yàn)閃IM系統(tǒng)在識(shí)別客、貨車時(shí)存在一定的誤差,7軸車及以上因?yàn)楸壤^少,在下文分析中未考慮,車型比例見表1。沿海高速公路上以2軸和6軸車為主,分別占到60%和25%。

2.2 車重

由各車型車重的頻率直方圖可知,各車型車重均不服從單峰分布,本文先假設(shè)各車型車重符從混合概率分布,采用極大似然法進(jìn)行參數(shù)估計(jì),再進(jìn)行K-S檢驗(yàn),最后確定各車型車重均符合混合高斯分布。實(shí)際擬合車重分布如表1。

表1 車重分布參數(shù)

2.3 軸重比例、軸距

需要根據(jù)各軸所承擔(dān)車重的比例來確定軸重,本文3～6軸車軸重比例、軸距參考《公路橋梁汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)研究》和《中國汽車車型手冊(cè)》,見表3～表4。

表2 車型比例

表3 軸重比例

表4 軸距/m

4 中小橋梁汽車荷載模型

選取20m、30m、40m簡支梁橋、30m×2、30m×3、30m×4、30m×5、20m×6、30m×6、40m×6連續(xù)梁橋,汽車荷載效選取跨中彎矩。將公路—I級(jí)汽車荷載施加到7座橋梁跨中同號(hào)彎矩影響線上,結(jié)果如表5。

表5 規(guī)范汽車荷載效應(yīng)

橋梁彎矩(kN·m)30m簡支梁3581.340m簡支梁550030m×2連續(xù)梁橋2841.630m×3連續(xù)梁橋2392.730m×4連續(xù)梁橋2423.730m×5連續(xù)梁橋2450.820m×6連續(xù)梁橋1379.330m×6連續(xù)梁橋2354.540m×6連續(xù)梁橋3738.3

為了方便與規(guī)范比較,將實(shí)際汽車荷載效應(yīng)與規(guī)范汽車荷載效應(yīng)之比作為分析對(duì)象,即取無量綱參數(shù)K=S/Sk作為模型參數(shù),其中S為實(shí)際汽車荷載效應(yīng),Sk為規(guī)范汽車荷載效應(yīng),結(jié)果如表6。

表6 模型參數(shù)K計(jì)算結(jié)果

4 主要結(jié)論

(1)汽車荷載參數(shù)分析表明：①沿海高速公路上以2軸和6軸車為主,合計(jì)占比85%以上；②各軸車車重、軸距呈多峰分布,服從混合高斯分布；③車間距服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

(2)簡支梁橋的汽車荷載效應(yīng),略大于連續(xù)梁橋,且隨著跨徑增大而增大。連續(xù)梁橋汽車荷載效應(yīng)也隨著跨徑的增大而增大,但與跨數(shù)的相關(guān)性不顯著。

(3)沿海高速公路中小橋梁汽車荷載約為規(guī)范汽車荷載1.2倍。