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.中設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 211100；2.東南大學土木工程學院, 江蘇 南京 210096)

既有橋梁評估、維護采用的汽車荷載必須適應于橋梁結構所處地區(qū)的交通特征及今后的發(fā)展趨勢,國家規(guī)范在時間上存在一定的滯后性。隨著動態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)的廣泛應用,基于WIM系統(tǒng)數據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)采集的汽車荷載數據為基礎,分析了汽車荷載參數,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)數據,時間跨度為2014年10月至2015年9月,有效天數為345天,采集到的汽車數據總量約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 汽車荷載參數分析

2.1 車型

本文中車型按照汽車軸數分為7類,其中2軸車未區(qū)分客、貨車,因為WIM系統(tǒng)在識別客、貨車時存在一定的誤差,7軸車及以上因為比例較少,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,本文先假設各車型車重符從混合概率分布,采用極大似然法進行參數估計,再進行K-S檢驗,最后確定各車型車重均符合混合高斯分布。實際擬合車重分布如表1。

表1 車重分布參數

2.3 軸重比例、軸距

需要根據各軸所承擔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準研究》和《中國汽車車型手冊》,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級汽車荷載施加到7座橋梁跨中同號彎矩影響線上,結果如表5。

表5 規(guī)范汽車荷載效應

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,將實際汽車荷載效應與規(guī)范汽車荷載效應之比作為分析對象,即取無量綱參數K=S/Sk作為模型參數,其中S為實際汽車荷載效應,Sk為規(guī)范汽車荷載效應,結果如表6。

表6 模型參數K計算結果

4 主要結論

(1)汽車荷載參數分析表明：①沿海高速公路上以2軸和6軸車為主,合計占比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車間距服從對數正態(tài)分布。

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

(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。