CN103164577B - 确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁结构计算分析技术领域，为提供一种方便的确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，为此，本发明采取的技术方案是，确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，以汽车的类型和不同类型汽车的轴重、轴距、车辆行驶间距为研究对象，以观测数据为基础，运用“随机变量”参数估计和概率分布的假设检验方法确定其参数和概率分布函数，通过概率和数理统计的方法得到相应的量值，最终得到不同类型车辆的荷载计算图式。本发明主要应用于桥梁结构计算分析。

Description

确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法

技术领域

本发明属于桥梁结构计算分析技术领域，具体讲，涉及确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法。

背景技术

港口桥梁的汽车荷载具有“货车比例高、重载车多、交通量大”的特点，目前国内外对港区车辆的荷载特点研究较少，而且现有的桥梁规范和标准也没有专门针对港区桥梁设计提出具体要求，造成大量的桥梁按照普通公路的汽车荷载标准进行设计，使桥梁本身的受力状态不佳，部分桥梁出现病害，严重的甚至垮塌。因此有必要对港区的汽车荷载情况进行评估，确定港口桥梁上汽车车辆的荷载计算图式。

目前国内外同类研究桥梁汽车荷载的方法主要是“随机过程”分析法和“蒙特卡洛”随机模拟法。

其中“随机过程”分析法是在典型位置设立汽车荷载观测点，连续测录自然（即无人为干扰）情况下的汽车车流状况（即包括车流中所有类型的汽车），然后将这些数据模型化为滤过泊松过程或伽马—更新过程，然后利用相应的截口分布公式计算出分布参数的估计值，从而得到汽车荷载情况。

“蒙特卡洛”随机模拟法是根据汽车重量的频率特性，产生其随机样本，当产生的样本足够多时，这些样本在统计上符合实测的频率特性。这个过程一般通过计算机产生随机数来实现。然后让虚拟的汽车模型在桥梁模型上进行模拟交通流运行，从而得到实际桥梁的汽车荷载情况。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种方便的确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，为此，本发明采取的技术方案是，确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，以汽车的类型和不同类型汽车的轴重、轴距、车辆行驶间距为研究对象，以观测数据为基础，运用“随机变量”参数估计和概率分布的假设检验方法确定其参数和概率分布函数，通过概率和数理统计的方法得到相应的量值，最终得到不同类型车辆的荷载计算图式。

所述方法进一步具体细化为：

1）进行交通量调查，将典型的重载货车根据车轴数的多少和车轴分布情况进行车型分类；

2）按照车型分类对汽车进行车辆荷载调查，并得到各型汽车的轴载谱，同时测量各型汽车的轴距；

3）按照“随机变量”概率分析法进行轴载分析，根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值；

4）根据实测的轴距数据得到汽车轴距；

5）根据汽车的轴重和轴距，得到汽车的荷载计算图式。

步骤3）具体做法如下：

⑴.根据调查的汽车轴载谱判别荷载分布类型，如果只有一个峰值，就假定为普通的正态分布，如果是双峰或多峰形式，则采用多个正态联合分布的假定。

⑵.利用最大似然估计法分析出分布的特征参数，从而得到假定的概率分布函数和概率密度函数。

⑶.进行K-S（Kolmogorov-Smirnov）检验，如果检验结果为“接受假定”，则可以继续进行进一步的分析；如果检验结果为“不能接受假定”，则需要调整参数或者重新设定其他的分布形式，并进行K-S检验，直至检验结果为“接受假定”。

⑷.根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值。

本发明的技术特点及效果：

具有直接、直观的优点，并且可以对不同车型的荷载特点进行分析，更加灵活和具体，极大地方便了汽车荷载对桥梁影响研究的进行。

附图说明

图1四轴型车。

图2五轴型车

图3四轴型货车前轴轴载谱。

图4四轴型货车第二轴轴载谱。

图5四轴型货车第三轴轴载谱。

图6四轴型货车第四轴轴载谱。

图7五轴型货车前轴轴载谱。

图8五轴型货车第二轴轴载谱。

图9五轴型货车第三轴、第四轴、第五轴的轴载谱（三个轴相同）。

图10拟合概率分布图。

图11拟合的概率密度函数图像及直方图。

图12四轴型车和五轴型车的汽车荷载计算图式。

具体实施方式

与现有的“随机过程”分析法和“蒙特卡洛”随机模拟法不同，本发明涉及的方法以汽车的类型和不同类型汽车的轴重、轴距、车辆行驶间距为研究对象，以观测数据为基础，运用“随机变量”参数估计和概率分布的假设检验方法确定其参数和概率分布函数，通过概率和数理统计的方法得到相应的量值，最终得到不同类型车辆的荷载计算图式。

实施方案：

1）进行交通量调查，将典型的重载货车根据车轴数的多少和车轴分布情况进行分类。

2）按照车型分类对汽车进行车辆荷载调查，并得到各型汽车的轴载谱，同时测量各型汽车的轴距。

3）按照“随机变量”概率分析法进行轴载分析，根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值，具体做法如下：

⑴.根据调查的汽车轴载谱判别荷载分布类型，如果只有一个峰值，就假定为普通的正态分布，如果是双峰或多峰形式，则采用多个正态联合分布的假定。

⑵.利用最大似然估计法分析出分布的特征参数，从而得到假定的概率分布函数和概率密度函数。

⑶.进行K-S检验，（即Kolmogorov-Smirnov检验，常译为柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫检验，简写为K-S检验，亦称D检验法，是一种拟合优度检验法）。如果检验结果为“接受假定”，则可以继续进行进一步的分析；如果检验结果为“不能接受假定”，则需要调整参数或者重新设定其他的分布形式，并进行K-S检验，直至检验结果为“接受假定”。

⑷.根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值。

4）根据实测的轴距数据得到汽车轴距。

5）根据汽车的轴重和轴距，得到汽车的荷载计算图式。

本方法具有直接、直观的优点，并且可以对不同车型的荷载特点进行分析，更加灵活和具体，极大地方便了汽车荷载对桥梁影响研究的进行。

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

1）根据所调查港区公路路网的具体情况，确定典型的道路，并设立测站。进行交通量调查，得知该道路上的重型货车以集装箱为主，剔除荷载较小的客车和轻型货车后，将典型的主要重载货车根据车轴数目和车轴分布情况进行分类为“四轴型车”和“五轴型车”。其中四轴型货车前轴为单轴－单轮，第二轴为单轴－双轮，后轴为双联轴；五轴型货车前轴为单轴－单轮，第二轴为单轴－双轮，后三轴为三联轴。具体如图1～2所示。

2）按照主要车型分类对重载货车的各个车轴进行荷载调查，并得到各型汽车轴重的轴载谱。具体如图3～9所示（其中五轴型货车的第三轴、第四轴、第五轴的轴载谱相同）。

3）测量各型汽车的轴距，具体见表1。

表1各型汽车的轴距表

4）按照“随机变量”概率分析法进行轴载参数分析，根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值。

下面以四轴型货车的第二轴为例进行轴载分析，具体步骤如下：

①根据调查汽车轴载谱的分布形态，可以假定为服从普通正态分布。

②利用最大似然估计法计算出正态分布的参数，如下：

μ=12.152σ=3.137

（μ为正态分布的数学期望，决定了这个正态分布的位置，σ为标准差，决定了分布的幅度）

令为拟合概率密度函数，则：

$\hat{F}\left(x\right)=\mathrm{\Φ}\left(\frac{x-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\σ}}\right)$

得到拟合概率分布如附图10所示，拟合的概率密度函数图像及直方图如附图11所示。

③进行K-S检验。

H0:原始数据的总体分布服从F(x)分布；

H1:原始数据的总体分布不服从F(x)分布；

（H0为原假设，H1为备择假设）

F0(x)表示理论分布的分布函数，Fn(x)表示一组随机样本的累计频率函数。

设D为F0(x)与Fn(x)差距的最大值，定义如下式：

D=max|Fn(x)-F0(x)|

结论：当实际观测D>D(n,α)（D(n,α)是显著水平为α样本容量为n时，D的拒绝临界值），则拒绝H0,反之则接受H0假设。

将数据带入计算得到D=0.144

查阅D(n,α)表,可知D（7,0.01）=0.577，此拒绝域为（0.577,+∞）。

由于D=0.144，不落在拒绝域内，所以接受H0。

因此：原始数据的总体服从F(x)分布。

④求出轴载估值。

取F(x)=0.95分位数作为满载货车第二轴轴载估值：

x_0.95=17.25

按照上述步骤，得到四轴型和五轴型汽车所有车轴的轴载估值，列表如下：

表2各型汽车的轴重表

5）根据汽车的轴重和轴距，得到四轴型和五轴型汽车的荷载计算图式，如附图12所示。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，其特征是，以汽车的类型和不同类型汽车的轴重、轴距、车辆行驶间距为研究对象，以观测数据为基础，运用“随机变量”参数估计和概率分布的假设检验方法确定其参数和概率分布函数，通过概率和数理统计的方法得到相应的量值，最终得到不同类型车辆的荷载计算图式；通过如下步骤来实现：

1）进行交通量调查，将典型的重载货车根据车轴数的多少和车轴分布情况进行分类；

2）按照车型分类对汽车进行车辆荷载调查，并得到各型汽车的轴载谱，同时测量各型汽车的轴距；

3）按照“随机变量”概率分析法进行轴载分析，根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值；

4）根据实测的轴距数据得到汽车轴距；

5）根据汽车的轴重和轴距，得到汽车的荷载计算图式。

2.如权利要求1所述的确定港口桥梁汽车车辆荷载计算图式的方法，其特征是，步骤3）具体做法如下：

⑴.根据调查的汽车轴载谱判别荷载分布类型，如果只有一个峰值，就假定为普通的正态分布，如果是双峰或多峰形式，则采用多个正态联合分布的假定；

⑵.利用最大似然估计法分析出分布的特征参数，从而得到假定的概率分布函数和概率密度函数；

⑶.进行K-S（Kolmogorov-Smirnov）检验，如果检验结果为“接受假定”，则可以继续进行进一步的分析；如果检验结果为“不能接受假定”，则需要调整参数或者重新设定其他的分布形式，并进行K-S检验，直至检验结果为“接受假定”；

⑷.根据分布函数和概率密度函数求出95%分位数下的轴载估值。