CN112906105B - 社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法 - Google Patents

社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，包括：根据历史运营数据，建立车辆荷载谱；建立有限元模型，根据试验工况，获取计算影响线和最大响应；基于车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取社会车辆加载数量；获取桥梁实测影响线；使桥梁上的社会车辆数量等于社会车辆加载数量，获取社会车辆的车道位置、车重、轴重、车间距，形成社会车辆加载车队矩阵；基于社会车辆加载车队矩阵与离散卷积公式，分别结合实测影响线与计算影响线，得到社会车辆加载效应和计算加载效应；取社会车辆加载效应与计算加载效应的比值，结合设定规程，评估桥梁结构状态。本申请能利用桥上通行的社会车辆对桥梁实现快速加载，满足加载效率。

Description

社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法
技术领域
本申请涉及桥梁结构安全监测技术领域，特别涉及一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法。
背景技术
桥梁荷载试验是对服役桥梁结构承载能力评定最有效、最直接的方法，通过加载试验，记录桥梁在荷载作用下的结构响应，为桥梁结构技术状况及承载能力评定和日后养护、维修、加固的决策提供科学依据和支持，相关试验规程中也对桥梁静载、动载试验有详细的规定。
服役期的桥梁，尤其是长大桥梁，一般位于交通繁忙的主干道上，荷载试验前需向交管部门申请交通管制，导致交通中断；另外，荷载试验前需租赁大量的重载货车作为加载车辆，其租赁成本占到试验成本的50％以上；再者，在试验加载过程中，需要大量的试验人员对加载车辆进行引导定位、同时测量桥梁各种响应参数，人力成本较高。
综上所述，相关技术中的桥梁荷载试验方法需要长时间阻断交通、试验费用较高，费时费力。
发明内容
本申请实施例提供一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，以解决相关技术中桥梁荷载试验需要长时间阻断交通、试验费用较高，费时费力的问题。
本申请实施例提供了一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其包括如下步骤：
根据桥梁的历史运营数据，建立车辆荷载谱；
建立所述桥梁的有限元模型，根据试验工况，获取计算影响线和最大响应；
基于所述车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取所述试验工况下的社会车辆加载数量；
获取所述桥梁的实测影响线；
使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量，获取车间距，以及各社会车辆的车重、轴重、所在车道位置，并形成社会车辆加载车队矩阵；
基于所述社会车辆加载车队矩阵与离散卷积公式，并分别结合实测影响线和计算影响线，得到社会车辆加载效应和计算加载效应；
计算社会车辆加载效应与计算加载效应的比值，得到校验系数，并结合设定规程，对桥梁结构状态进行评估。
一些实施例中，所述车辆荷载谱包括车间距概率密度分布函数、车型比例向量、各种车型的轴重比例向量和各种车型的车重概率密度分布函数，其中，车型包括二轴车、三轴车、四轴车、五轴车和六轴车。
一些实施例中，基于所述车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取所述试验工况下的社会车辆加载数量，包括：
随机车队加载效应计算步骤：根据随机车队加载数量，结合所述车辆荷载谱，以及所选取的随机抽样法，生成桥梁每一个车道的随机车队向量，并由各个车道的随机车队向量形成随机车队矩阵；基于所述随机车队矩阵、计算影响线以及离散卷积公式，得到随机车队加载效应；
选取两个随机车队加载数量m和m+1，依据所述随机车队加载效应计算步骤，分别得到对应的随机车队加载效应Re，m和Re，m+1；
判断是否满足：
Figure BDA0002912171450000021
其中，Rc为最大响应，μ为冲击系数，η为加载效率；
若是，则将[m×m0]作为社会车辆加载数量，其中，[]为取整符号，m0为调整系数，且0＜m0≤1；
否则，重新选取差值为1的两个随机车队加载数量。
一些实施例中，获取所述桥梁的实测影响线，包括如下步骤：
在所述桥梁的各个车道上分别放置若干辆车，将所有车辆从所述桥梁的一端行驶至另一端，重复若干次，获取每一次的测量响应；
求取所有的测量响应的算术平均值，再除以所有车辆的总重，得到所述桥梁的实测影响线。
一些实施例中，使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量，包括如下步骤：
在所述桥梁的桥头处，于各个车道上布置一台领头车辆；
待所述领头车辆后方积压若干社会车辆后，放行所述领头车辆，并使各所述领头车辆以设定车速并行行驶，以使其后方的社会车辆形成稳定车流；
待所述桥梁上的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量时，禁止后续的社会车辆上桥。
一些实施例中，当所述领头车辆行驶至试验工况所指定位置后，所述桥梁上的社会车辆数量小于所述社会车辆加载数量时，所述领头车辆停车并等待后续的社会车辆上桥，直至所述桥梁上的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量。
一些实施例中，根据如下公式计算所述试验工况下，所述桥梁上的社会车辆的数量达到所述社会车辆加载数量时的预估时间Tt：
Tt＝T×N/Nt，其中，T为对桥梁的历史运营数据分析所得到的通行Nt辆车所需时间，N为所述社会车辆加载数量；
利用所述预估时间Tt，判断所述桥梁上通行的社会车辆数量是否达到N。
一些实施例中，高空拍摄所述桥梁上通行的社会车辆，得到车辆分布图，对所述车辆分布图进行识别，以获取车间距以及社会车辆所在车道位置；
通过桥梁健康监测系统，获取所述桥梁上通行的各社会车辆的车重、轴重。
一些实施例中，对所述车辆分布图进行识别时，若存在部分的相邻两辆社会车辆的车间距无法获取，则该无法获取的车间距利用如下车间距正态分布函数计算：
Figure BDA0002912171450000041
其中，SX为车间距，Sa为车间距的最小值，Sb为车间距的最大值，
Figure BDA0002912171450000042
为车间距的方差，Sa、Sb和
Figure BDA0002912171450000043
均取经验值。
一些实施例中，使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量时，获取实测加载效应；
通过所述实测加载效应，对社会车辆加载效应的可靠度进行评估。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，服役期的桥梁，尤其是长大桥梁，由于其跨度大，荷载试验响应只与桥上车辆的位置、重量有关，而车辆的车型、车长对荷载试验响应的影响较小，因此，在不中断交通或短时交通管制下，可以利用桥梁上自由通行的社会车辆对桥梁进行加载，实现快速荷载试验的目的，同时又能满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求的加载效率问题，从而可解决相关技术中桥梁荷载试验需要长时间阻断交通、试验费用较高，费时费力的问题，本实施例具有非常高的应用价值和广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法流程图；
图2为本申请实施例提供的获取桥梁的实测影响线的流程图；
图3为本申请实施例提供的使桥梁上通行的社会车辆数量等于社会车辆加载数量的流程图；
图4为本申请实施例提供的社会车辆加载数量设计示意图；
图5为本申请实施例提供的社会车辆加载效应分析示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其能解决相关技术中桥梁荷载试验需要长时间阻断交通、试验费用较高，费时费力的问题。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其包括如下步骤：
101：根据桥梁的历史运营数据，建立车辆荷载谱。
历史运营数据可以从桥梁上的桥梁健康监测系统获取，通常是调取至少三个月的数据，最好是近期测量的，并且称重传感器经过标定，单车称重精度5％以内。
对调取的历史运营数据进行分析，可以得到车辆荷载谱，车辆荷载谱包括车间距概率密度分布函数、车型比例向量、各种车型的轴重比例向量和各种车型的车重概率密度分布函数，其中，车型包括二轴车、三轴车、四轴车、五轴车和六轴车。
由于桥梁的车道通常有至少一个车道(以单向通行来计算)，故在建立车辆荷载谱时，存在两种方式：
第一种方式为：不分具体车道，以桥梁所有车道作为一个整体，对调取的历史运营数据进行分析，建立车辆荷载谱，此时，每一个车道都用同一套车辆荷载谱；
第二种方式为：分具体车道，也即对每一个车道，调取历史运营数据中对应的车道上的数据进行分析，单独建立车辆荷载谱，此时，每一个车道具有对应的车辆荷载谱。
上述两种方式均可以实施，由于第一种方式只需要建立一套车辆荷载谱，故操作起来更为简单方便，第二种方式是对每一个车道都建立车辆荷载谱，更为符合桥梁实际的荷载情况。
具体地，车型比例向量记为Pr，Pr＝[Pr，2Pr，3Pr，4Pr，5Pr，6]，Pr，2表示二轴车占比，Pr，3表示三轴车占比，其余的以此类推。
车重概率密度分布函数f(WX,j)如下：
Figure BDA0002912171450000061
Figure BDA0002912171450000062
为j轴车中车辆总重为WX，j的第n阶高斯正态分布方差；
Figure BDA0002912171450000063
为j轴车中车辆总重为WX，j的第n阶高斯正态分布期望。
车辆总重指的是该辆车自身重量、其上货物及乘员重量之和。
车间距概率密度分布函数f(SX)如下：
Figure BDA0002912171450000064
其中，
Figure BDA0002912171450000071
为车间距SX对数的方差，
Figure BDA0002912171450000072
为车间距SX对数的期望。
轴重比例向量记为Ar，j，表示j轴车的轴重比例向量，j＝2、3、4、5、6；先对同一车型进行聚类，再统计该车型各轴重占比，例如：
二轴车的轴重比例向量Ar，2＝[Ar，2，1Ar，2，2]，其中，Ar，2，1为二轴车的第一个轴重占比，Ar，2，2为二轴车的第二个轴重占比。
同理，六轴车的轴重比例向量Ar，6如下：
Ar，6＝[Ar，6，1Ar，6，2Ar，6，3Ar，6，4Ar，6，5Ar，6，6]。
上述提供的车型比例向量Pr、车重概率密度分布函数f(WX,j)、车间距概率密度分布函数f(SX)和轴重比例向量Ar，j，对于上述两种建立车辆荷载谱的方式而言，都可以使用，其区别在于用于分析的数据的范围不同，具体为：
若采用第一种方式建立车辆荷载谱，则数据范围是所调取的历史运营数据；
若采用第二种方式为每一个车道建立车辆荷载谱，则对于每一个车道，数据范围是所调取的历史运营数据中对应的车道上的数据。
102：建立桥梁的有限元模型，根据试验工况，获取该试验工况下的计算影响线和设计车道荷载作用下的最大响应Rc；
试验工况包括跨中最大竖向位移工况，墩顶最大负弯矩工况等，根据实际试验需要，可针对不同的试验工况制定不同的加载方式。
103：基于车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取试验工况下的社会车辆加载数量，其中，社会车辆指的是需要上桥的正常通行的车辆，而不是试验人员为了完成荷载试验而专门租赁的加载车辆；
104：获取桥梁的实测影响线；
影响线是表征桥梁结构状态的特征曲线，用于表示单位移动荷载作用下桥梁特定位置响应的大小的指标，结构的状态发生变化时，影响线会随之变化，不同位置的响应影响线各不相同，仅与结构本身有关而与外荷载大小无关，故需要对桥梁的影响线进行实测。
105：使桥梁上通行的社会车辆数量等于社会车辆加载数量，获取车间距，以及各社会车辆的车重、轴重、所在车道位置，并形成社会车辆加载车队矩阵；
106：基于社会车辆加载车队矩阵与离散卷积公式，并分别结合实测影响线与计算影响线，得到社会车辆加载效应和计算加载效应；
本步骤分成两部分，一部分是基于社会车辆加载车队矩阵、实测影响线和离散卷积公式，得到社会车辆加载效应；另一部分是基于社会车辆加载车队矩阵、计算影响线和离散卷积公式，得到计算加载效应。
107：计算社会车辆加载效应与计算加载效应的比值，得到校验系数，并结合设定规程，对桥梁结构状态进行评估。其中，设定规程为《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)。
本实施例的原理如下：
服役期的桥梁，尤其是长大桥梁，由于其跨度大，荷载试验响应只与桥上车辆的位置、重量有关，而车辆的车型、车长对荷载试验响应的影响较小，因此，在不中断交通或短时交通管制下，可以利用桥梁上自由通行的社会车辆对桥梁进行加载，实现快速荷载试验的目的，同时又能满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求的加载效率问题，从而可解决相关技术中桥梁荷载试验需要长时间阻断交通、试验费用较高，费时费力的问题，本实施例具有非常高的应用价值和广阔的应用前景。
具体地，在本实施例中，首先通过分析桥梁的历史运营数据，建立车辆荷载谱；建立所述桥梁的有限元模型，并获取计算影响线和最大响应，结合车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，从而获取用于进行桥梁荷载试验的社会车辆加载数量；
其次，获取桥梁的实测影响线，以及，利用桥梁上自由通行的社会车辆对桥梁进行加载，确保桥梁上通行的社会车辆数量达到社会车辆加载数量，同时，获取这些社会车辆的车间距、车重、轴重、所在车道位置，并形成社会车辆加载车队矩阵。
最后，基于社会车辆加载车队矩阵、实测影响线和离散卷积公式，得到社会车辆加载效应，基于社会车辆加载车队矩阵、计算影响线和离散卷积公式，得到计算加载效应，计算社会车辆加载效应与计算加载效应的比值，得到校验系数，并与《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)对比，从而可以对桥梁结构状态进行评估。
在一些优选的实施例中，上述步骤103具体包括：
随机车队加载效应计算步骤：根据随机车队加载数量，结合车辆荷载谱，以及所选取的随机抽样法，生成桥梁每一个车道的随机车队向量，并由各个车道的随机车队向量形成随机车队矩阵；基于随机车队矩阵、计算影响线以及离散卷积公式，得到随机车队加载效应；
为了更好地理解随机车队加载效应的计算过程，以选取的随机车队加载数量为m来具体阐述：
随机抽样法具有多种，本实施例中采用蒙特卡洛抽样法。
假设采用上述第一种方式所建立的车辆荷载谱。
由于车型比例向量Pr＝[Pr，2 Pr，3 Pr，4 Pr，5 Pr，6]，故结合随机车队加载数量m，可以得到各种车型的数量，比如m×Pr，2为二轴车的数量。
按照蒙特卡洛抽样法可以得到第i个车道的随机车队向量Cartraini＝[Cari，1Sx，i，1，2 Cari，2 …Cari，n-1 Sx，i，n-1，n Cari，n]。
其中，Sx，i，n-1，n为第i个车道中第n-1辆车与第n辆车的车间距，Cari，n为第i个车道中第n辆车，且该第n辆车的轴重由f(WX)×Ar,j计算得到，i＝1、2、…、k，k为车道总数，且k×n＝m。
按照蒙特卡洛抽样法得到所有车道的随机车队向量后，即可得到随机车队矩阵CartrainLoad：
Figure BDA0002912171450000101
采用离散卷积公式，计算第i个车道的随机车队向量Cartraini与计算影响线的离散卷积，即可得到第i个车道，t时刻离散卷积后的随机车队加载效应序列Re,i(t,d)。
离散卷积公式如下：
Re,i(t,d)＝y(d)·Cartraini(t,d)T＝∑y(t)·Cartraini(d-t)T
其中，y(d)为离散影响线，为1×d的行向量，d为离散影响线的谱线条数，Cartraini(t,d)T为第i个车道t时刻随机车队向量的转置向量，为d×1的列向量，y(t)为t时刻，Cartraini车队位置所对应的离散影响线数值；Cartraini(d-t)T为Cartraini车队的镜像，t0为Cartraini车队加载时间。
将k个车道对应的随机车队加载效应序列进行求和，得到随机车队矩阵CartrainLoad作用下桥梁的整体加载效应序列Re(t,d)，计算公式如下：
Figure BDA0002912171450000102
取整体加载效应序列Re(t,d)中的最大值，作为随机车队加载数量为m时的随机车队加载效应Re，m，即Re,m＝max(Re(t,d))。
很显然，在步骤106中，社会车辆加载效应和计算加载效应的计算过程，与上述方式一致，在此处，就不赘述。
上述随机车队加载效应Re，m是基于第一种方式建立的车辆荷载谱所计算得到的，计算过程相对而言简单一些。
如果基于第二种方式建立的车辆荷载谱，计算随机车队加载效应Re，m，则需要先将所选取的随机车队加载数量m分配到k个车道上，然后利用各个车道对应的车辆荷载谱，结合蒙特卡洛抽样法，得到对应的随机车队向量，继而得到随机车队矩阵CartrainLoad，最后基于随机车队矩阵CartrainLoad、计算影响线和离散卷积公式，获得随机车队加载效应Re，m，此时的计算过程相对而言复杂一些。
为了便于计算，上述随机车队加载数量m是平均分到每个车道上的。当然了，各个车道上的车辆可以是不相同的，因为这样会更加符合实际情况，此时，对于车辆数量较少的车道，随机车队向量空余部分用0填充，比如：
车辆数量最多且为10辆的车道，其随机车队向量为：
Cartrain1＝[Car1，1 Sx，1，1，2 Car1，2 …Car1，8 Sx，1，8，9 Car1，9 Sx，1，9，10 Car1，10]；
车辆数量为8辆的车道，其随机车队向量为：
Cartrain2＝[Car2，1 Sx，2，1，2 Car2，2 …Car2，8 0 0 0 0]。
社会车辆加载数量具体获取过程如下：选取两个随机车队加载数量m和m+1，依据随机车队加载效应计算步骤，分别得到对应的随机车队加载效应Re，m和Re，m+1；
判断是否满足：
Figure BDA0002912171450000111
其中，Rc为最大响应，μ为冲击系数，其按照《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)取值，η为加载效率，其通常取值范围为0.85～1.05，能够满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)，又不至于桥梁超载，从而便于荷载试验现场对车辆放行进行快速决策；
若满足，则将[m×m0]作为社会车辆加载数量N，其中，m0为调整系数，且0＜m0≤1，可以根据试验需求取值，比如可以取0.9、0.95、0.97等数值；[]为取整符号，[m×m0]表示对m×m0进行取整，可以向左取整，也可以向右取整，为了避免超载，若m×m0的值不是整数，通常是向左取整，比如，[95.8]＝95，[72.3]＝72。
若不满足，则重新选取差值为1的两个随机车队加载数量，依据随机车队加载效应计算步骤，分别得到对应的随机车队加载效应，并再次进行判断。
参见图2所示，在一些优选的实施例中，获取桥梁的实测影响线，包括如下步骤：
201：在桥梁的各个车道上分别放置若干辆车，将所有车辆从桥梁的一端行驶至另一端，重复若干次，通过桥梁健康监测系统，获取每一次的测量响应；
202：求取所有的测量响应的算术平均值，再除以所有车辆的总重，得到桥梁的实测影响线。
本实施例，在执行时，每个车道上可以放置一辆车，也可以是多辆车，各辆车可以是等重的，也可以是不等重。
现场试验前对桥梁健康监测系统准确标定，包括传感器标定、采集模块标定和传输系统标定，保证系统测量误差小于1％以内。
各个车辆可以按照相同或不同的速度同向行驶，优选采用相同的速度，比如30km/h。
参见图3所示，在一些优选的实施例中，使桥梁上通行的社会车辆数量等于社会车辆加载数量，包括如下步骤：
301：在桥梁的桥头处，于各个车道上布置一台领头车辆，可以是小轿车或其他车型；
302：待领头车辆后方积压若干社会车辆后，放行领头车辆，并使各领头车辆以设定车速并行行驶，以使其后方的社会车辆形成稳定车流；设定车速具体数值根据实际情况选取，比如10km/h，稳定车流可以理解成每辆车都以大致相同的速度行驶，车间距基本不变化；
303：待桥梁上的社会车辆数量等于社会车辆加载数量时，禁止后续的社会车辆上桥。为了顺利地获得各社会车辆所在车道位置、车间距，同时保证测量精度，试验时，使桥梁上的所有社会车辆以及领头车辆对桥梁稳定地加载一段时间，比如2min，之后再驶离桥梁，解除交通管制，恢复桥梁上的正常交通状态。
由于在桥梁上布置了领头车辆，为了避免超载，故m0通常取小于1的值，比如上文提到的0.9、0.95、0.97等数值。
在一些优选的实施例中，当领头车辆行驶至试验工况所指定位置后，桥梁上的社会车辆数量小于社会车辆加载数量时，领头车辆停车并等待后续的社会车辆上桥，直至桥梁上的社会车辆数量等于社会车辆加载数量。
在一些优选的实施例中，根据如下公式计算试验工况下，桥梁上的社会车辆的数量达到社会车辆加载数量时的预估时间Tt：
Tt＝T×N/Nt，其中，T为对桥梁的历史运营数据分析所得到的通行Nt辆车所需时间，N为社会车辆加载数量；
利用预估时间Tt，判断桥梁上通行的社会车辆数量是否达到N。
预估时间Tt作为辅助手段，可以帮助试验人员预估桥梁上的社会车辆数量是否满足要求。
在一些优选的实施例中，通过无人机从高空拍摄桥梁上通行的社会车辆，得到车辆分布图，利用图像识别方法对车辆分布图进行识别，以获取相邻两个社会车辆之间的车间距，以及社会车辆所在车道位置；
通过桥梁健康监测系统，获取桥梁上通行的各社会车辆的车重、轴重。
在一些优选的实施例中，对车辆分布图进行识别时，若存在部分的相邻两辆社会车辆的车间距无法获取，则该无法获取的车间距利用如下拥堵状态或稳定缓流状态下的车间距正态分布函数计算：
Figure BDA0002912171450000141
其中，SX为车间距，Sa为车间距的最小值，Sb为车间距的最大值，
Figure BDA0002912171450000142
为车间距的方差，Sa、Sb和
Figure BDA0002912171450000143
均取经验值，通常，在拥堵状态或稳定缓流状态下，Sa＝0.5，Sb＝8，
Figure BDA0002912171450000144
在一些优选的实施例中，还可以对计算得到的社会车辆加载效应的可靠度进行评估，具体为：
使桥梁上通行的社会车辆数量等于社会车辆加载数量时，通过桥梁健康监测系统，获取实测加载效应；
将社会车辆加载效应与实测加载效应进行对比，从而对社会车辆加载效应的可靠度进行评估。
综上所述，参见图4和图5所示，本申请提供的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，先通过建立桥梁的有限元模型，根据试验工况，获取该试验工况下的计算影响线和规范车道荷载作用下的最大响应Rc，通过总数为m辆车的随机车队进行加载，获取随机车队加载效应Re，m，从而可以得到此时m辆车对应的加载效率ηm，与《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)中规定的加载效率η比较，进行判断，最终得到社会车辆加载数量N。
再获取实测影响线，并利用总数为N的社会车辆进行加载，获取社会车辆加载效应以及计算加载效应，得到校验系数，结合《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)，对桥梁结构状态进行评估。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于，其包括如下步骤：
根据桥梁的历史运营数据，建立车辆荷载谱；
建立所述桥梁的有限元模型，根据试验工况，获取计算影响线和最大响应；
基于所述车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取所述试验工况下的社会车辆加载数量，社会车辆指的是需要上桥的正常通行的车辆，而不是试验人员为了完成荷载试验而专门租赁的加载车辆；
获取所述桥梁的实测影响线；
使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量，获取车间距，以及各社会车辆的车重、轴重、所在车道位置，并形成社会车辆加载车队矩阵；
基于所述社会车辆加载车队矩阵与离散卷积公式，并分别结合实测影响线和计算影响线，得到社会车辆加载效应和计算加载效应；
计算社会车辆加载效应与计算加载效应的比值，得到校验系数，并结合设定规程，对桥梁结构状态进行评估；
基于所述车辆荷载谱、计算影响线、最大响应和冲击系数，获取所述试验工况下的社会车辆加载数量，包括：
随机车队加载效应计算步骤：根据随机车队加载数量，结合所述车辆荷载谱，以及所选取的随机抽样法，生成桥梁每一个车道的随机车队向量，并由各个车道的随机车队向量形成随机车队矩阵；基于所述随机车队矩阵、计算影响线以及离散卷积公式，得到随机车队加载效应；
选取两个随机车队加载数量m和m+1，依据所述随机车队加载效应计算步骤，分别得到对应的随机车队加载效应Re，m和Re，m+1；
判断是否满足：
Figure FDA0003746169510000021
其中，Rc为最大响应，μ为冲击系数，η为加载效率；
若是，则将[m×m0]作为社会车辆加载数量，其中，[]为取整符号，m0为调整系数，且0＜m0≤1；
否则，重新选取差值为1的两个随机车队加载数量；
使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量，包括如下步骤：
在所述桥梁的桥头处，于各个车道上布置一台领头车辆；
待所述领头车辆后方积压若干社会车辆后，放行所述领头车辆，并使各所述领头车辆以设定车速并行行驶，以使其后方的社会车辆形成稳定车流；
待所述桥梁上的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量时，禁止后续的社会车辆上桥；
根据如下公式计算所述试验工况下，所述桥梁上的社会车辆的数量达到所述社会车辆加载数量时的预估时间Tt：
Tt＝T×N/Nt，其中，T为对桥梁的历史运营数据分析所得到的通行Nt辆车所需时间，N为所述社会车辆加载数量；
利用所述预估时间Tt，判断所述桥梁上通行的社会车辆数量是否达到N。
2.如权利要求1所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于：
所述车辆荷载谱包括车间距概率密度分布函数、车型比例向量、各种车型的轴重比例向量和各种车型的车重概率密度分布函数，其中，车型包括二轴车、三轴车、四轴车、五轴车和六轴车。
3.如权利要求1所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于，获取所述桥梁的实测影响线，包括如下步骤：
在所述桥梁的各个车道上分别放置若干辆车，将所有车辆从所述桥梁的一端行驶至另一端，重复若干次，获取每一次的测量响应；
求取所有的测量响应的算术平均值，再除以所有车辆的总重，得到所述桥梁的实测影响线。
4.如权利要求1所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于：
当所述领头车辆行驶至试验工况所指定位置后，所述桥梁上的社会车辆数量小于所述社会车辆加载数量时，所述领头车辆停车并等待后续的社会车辆上桥，直至所述桥梁上的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量。
5.如权利要求1所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于：
高空拍摄所述桥梁上通行的社会车辆，得到车辆分布图，对所述车辆分布图进行识别，以获取车间距以及社会车辆所在车道位置；
通过桥梁健康监测系统，获取所述桥梁上通行的各社会车辆的车重、轴重。
6.如权利要求5所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于：
对所述车辆分布图进行识别时，若存在部分的相邻两辆社会车辆的车间距无法获取，则该无法获取的车间距利用如下车间距正态分布函数计算：
Figure FDA0003746169510000031
其中，SX为车间距，Sa为车间距的最小值，Sb为车间距的最大值，
Figure FDA0003746169510000032
为车间距的方差，Sa、Sb和
Figure FDA0003746169510000033
均取经验值。
7.如权利要求1所述的社会车辆加载下的服役桥梁快速荷载试验方法，其特征在于：
使所述桥梁上通行的社会车辆数量等于所述社会车辆加载数量时，获取实测加载效应；
通过所述实测加载效应，对社会车辆加载效应的可靠度进行评估。
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