CN113505425A - 特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，包括：一，对特殊交通荷载区域的交通构成及车辆参数信息进行采集；二，对采集到的参数进行数理统计分析，得到相应参数的统计值或概率分布函数；三，根据上述分析结果编制特殊交通荷载车队生成程序，并计算车队通过若干不同跨径桥梁时控制截面产生的效应；四，对效应值进行分析，得到效应的概率分布参数，进而计算得到满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值；五，根据上一步结果及效应等效原理算出满足不同跨径、不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数查询表；本发明能够为特殊交通荷载的桥梁设计提供指导，使得承受特殊荷载的桥梁汽车设计荷载模型更具有针对性，避免桥梁设计建造中安全储备过于保守或不足导致经济浪费或形成安全隐患问题。
Description
技术领域
本发明属于桥梁结构设计技术领域，尤其涉及一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法。
背景技术
普通公路或市政桥梁以承担社会车辆通行为主，其不同车型比例构成较为多元、随机，包括有小客车、大客车、不同类型的货车等；特殊交通荷载是指：港矿区桥梁所承担的通行车辆主要以各种类型的重载货车为主，因此所承担的荷载水平一般远高于普通桥梁，且港矿区桥梁运营年限与港、矿区的运营年限密切相关。港区、矿区道路作为专用道路其交通构成特点，与普通道路有很大区别：1)车辆类型以载重货车为主；2)各车道车型比例类似；3)超载、拥堵现象较为普遍。这给承受此类特殊交通荷载的港、矿区桥梁的运营安全及结构耐久性带来了非常不利的影响，严重的超载甚至会造成桥梁垮塌等重大事故的发生。而我国目前并没有针对港区或者矿区等承受特殊交通荷载的桥梁设计规范及标准，这就造成了大量承担特殊交通荷载的专用桥梁按照普通桥梁的车辆荷载标准进行设计；同时现行桥梁设计标准中并没有针对不同使用寿命期的桥梁采用不同的设计标准，而港区、矿区等特殊交通荷载区域的专用桥梁的实际服役寿命与港、矿区运营年限密切相关。基于以上原因，造成了大量承受特殊交通荷载的专用桥梁在运营过程中受力状态不佳，实际寿命期大大缩短；使得大量此类桥梁在设计过程中安全储备过于保守或不足，造成经济上的浪费或形成安全隐患。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，能够根据包括港区、矿区的特殊交通荷载区域的桥梁交通的实际荷载数据，准确的分析得出特殊交通荷载区域的专用桥梁的荷载计算模型，从而为特殊交通荷载的桥梁设计提供科学指导，避免桥梁设计建造中造成经济上的浪费或形成安全隐患。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，具体包括以下步骤：
一、采用动态车辆信息采集系统对港口区、矿区特殊交通荷载区域的交通构成及车辆参数信息进行采集；
二、对步骤一采集到的不同车辆参数进行数理统计分析，得到相应参数的统计值或概率分布函数；
三、根据步骤二数理统计得到的分析结果编制特殊交通荷载车队生成程序，并计算车队通过若干不同跨径桥梁时控制截面产生的效应；
四、对步骤三计算得到的效应值进行分析，得到效应的概率分布函数，并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定计算得到满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值；
五、根据步骤四计算得到的满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值及效应等效原理反算出满足不同跨径、不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数查询表。
所述步骤一具体为：
1)选择港口区、矿区路段，在各车道出、入口处设置动态车辆信息采集系统；
2)通过步骤一第1)步中的动态车辆信息采集系统，采集生产旺季连续m，m≥1个工作日内各车道每天不同类型车辆的总数、每种类型每一辆货车的单车重、轴重、轴距参数及各车辆之间车间距参数。
所述步骤二具体为：
1)对步骤一采集到的参数进行数理统计分析，得到该港、矿区生产旺季连续m，m≥1个工作日内，各车道不同类型车辆比例构成及单车重、轴重、轴距、车间距参数的概率分布函数；
2)根据步骤二第1)步得到的数理统计分析结果，取各车道m，m≥1个工作日内不同车辆占总车数的比例作为各车道不同车辆在生产旺季的比例构成；取连续m，m≥1个工作日内的某一参数的概率分布函数作为这一参数在整个生产旺季的代表概率分布函数。
所述步骤三具体为：
1)根据步骤二第2)步得到的生产旺季各车道不同车辆比例构成及各类型车辆不同参数的概率分布函数，编制各车道车队随机生成程序，随机生成整个生产旺季内符合港、矿区交通构成的随机车队；
2)编制程序使不同车道的随机车队连续通过若干不同跨径简支梁桥，跨径范围为1-n米，并按照规律的前进距离作为采样频率，采集车队通过桥梁时在桥梁跨中截面产生的弯矩M的效应值及在桥梁支点截面产生的剪力V的效应值。
所述步骤四具体为：
1)对步骤三第2)步采集到的控制截面效应值进行数理统计分析，得到整个生产旺季内车队过桥在不同车道控制截面产生的效应值的概率分布函数；以整个生产旺季不同车道控制截面效应的概率分布函数作为各车道一个生产年的控制截面效应的代表概率分布函数；
2)根据步骤四第1)步得到的一个年份不同车道控制截面效应的概率分布函数,并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定推导控制截面效应标准值：
以港、矿区运营年限为设计基准期，效应分布的年截口分布F(x)服从包括正态分布、伽马分布或对数正态分布的概率分布，则设计基准期效应最大值分布FT(x)就可以推导出来：FT(x)＝FN(x)，其中N＝1、2、3...n，N为港、矿区运营年份，效应标准值取不低于95％保证率的分位值Mi,j标准值,Vi,j标准值，见下表所示：
第一车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mi,j标准值,Vi,j标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
第n车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；以此类推。
所述步骤五具体为：
1)根据步骤四第2)步中得到的不同车道满足不同跨径及不同运营年限的控制截面效应标准值计算表格，选择效应值最大的一个车道作为代表车道效应值，如下表所示：
代表道控制截面效应标准值
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
2)按照现行《公路桥涵通用设计规范》中标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算不同跨径简支桥梁控制截面弯矩效应值M，如下表所示；
现行设计规范中标准汽车设计荷载弯矩效应M计算值(公路-Ⅰ)
注：Mi规范值,表示跨径为i米桥梁按现行规范计算的弯矩效应值；
3)将步骤五第1)步中得到的满足不同跨径不同港矿区运营年限的代表车道效应值Mi,j标准值与步骤五第2)步中得到的按现行规范标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算得到的不同跨径简支梁控制截面效应值Mi,j规范值相比，得到系数：k＝Mi,j标准值/Mi规范值，如下表所示：
ki,j系数表
注：ki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的k系数；
4)根据步骤五第3)步中得到的k系数，以现行规范中公路-Ⅰ级荷载标准均布力取值qk规范值为基础，用qk规范值与相应的ki,j的乘积qki,j作为满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，如下表所示：
qki,j取值表(单位：kN.m)
注：qki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的均布力取值；
5)根据步骤五第4)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力qki,j的取值，根据简支梁弯矩效应等效原理，如下式所示：
PKi,j＝4Mi,j标准值/L-qki,jL/2
式中，Mi，j标准值含义同上，可由步骤五第1)步中计算表查得；L为某一桥梁的计算跨径；qki,j为跨径i米，运营年限j年的桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，可由步骤五第4)步中计算表查得；
经计算，可以得到满足不同跨径不同运营年限桥梁标注汽车设计荷载模型中的集中力取值，如下表所示：
PKi,j取值表(单位：kN)
注：PKi,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的集中力取值；
6)设剪力效应增大系数为Ki,j，将步骤五第5)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载中的集中力值PKi,j与Ki,j相乘，得到Ki,jPKi,j,与步骤五第4)步中得到的qki,j联立可计算得到满足不同跨径不同运营年限桥梁的控制截面剪力效应值Vi,j，如下式所示：
Ki,jPKi,g+qki,j×0.5L＝Vi,j
式中，Ki,j为跨径i米，运营年限为j年的桥梁的剪力效应增大系数，PKi,j，qki,j，L含义同上。
根据剪力等效的原理：令Vi,j与步骤五第1)步计算出的Vi,j标准值相等，即可反推出满足不同跨径不同运营年限的桥梁标准汽车设计荷载中剪力增大系数Ki,j的取值，如下表所示：
Ki,j取值表
本发明的有益效果在于：
本发明弥补了我国目前没有针对港区或者矿区等承受特殊交通荷载的桥梁设计规范及标准，同时现行桥梁设计标准中并没有针对不同使用寿命期的桥梁采用不同的设计标准；根据包括港区、矿区的特殊交通荷载区域的桥梁交通的实际荷载数据，科学准确的分析计算得出特殊交通荷载区域的专用桥梁的荷载计算模型，为特殊交通荷载的桥梁设计提供科学指导，使得承受特殊荷载的桥梁汽车设计荷载模型更具有针对性，避免桥梁设计建造中安全储备过于保守或不足导致经济浪费或形成安全隐患问题。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图。
图2为本发明的步骤三的流程图。
具体实施方式
一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，具体包括以下步骤：
一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，具体包括以下步骤：
一、采用动态车辆信息采集系统对港口区、矿区特殊交通荷载区域的交通构成及车辆参数信息进行采集；
二、对步骤一采集到的不同车辆参数进行数理统计分析，得到相应参数的统计值或概率分布函数；
三、根据步骤二数理统计得到的分析结果编制特殊交通荷载车队生成程序，并计算车队通过若干不同跨径桥梁时控制截面产生的效应；
四、对步骤三计算得到的效应值进行分析，得到效应的概率分布函数，并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定计算得到满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值；
五、根据步骤四计算得到的满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值及效应等效原理反算出满足不同跨径、不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数查询表。
所述步骤一具体为：
1)选择港口区、矿区路段，在各车道出、入口处设置动态车辆信息采集系统；
2)通过步骤一第1)步中的动态车辆信息采集系统，采集生产旺季连续m，m≥1个工作日内各车道每天不同类型车辆的总数、每种类型每一辆货车的单车重、轴重、轴距参数及各车辆之间车间距参数。
所述步骤二具体为：
1)对步骤一采集到的参数进行数理统计分析，得到该港、矿区生产旺季连续m，m≥1个工作日内，各车道不同类型车辆比例构成及单车重、轴重、轴距、车间距参数的概率分布函数；
2)根据步骤二第1)步得到的数理统计分析结果，取各车道m，m≥1个工作日内不同车辆占总车数的比例作为各车道不同车辆在生产旺季的比例构成；取连续m，m≥1个工作日内的某一参数的概率分布函数作为这一参数在整个生产旺季的代表概率分布函数。
所述步骤三具体为：
1)根据步骤二第2)步得到的生产旺季各车道不同车辆比例构成及各类型车辆不同参数的概率分布函数，编制各车道车队随机生成程序，随机生成整个生产旺季内符合港、矿区交通构成的随机车队；
2)编制程序使不同车道的随机车队连续通过若干不同跨径简支梁桥，跨径范围为1-n米，并按照规律的前进距离作为采样频率，采集车队通过桥梁时在桥梁跨中截面产生的弯矩M的效应值及在桥梁支点截面产生的剪力V的效应值。
所述步骤四具体为：
1)对步骤三第2)步采集到的控制截面效应值进行数理统计分析，得到整个生产旺季内车队过桥在不同车道控制截面产生的效应值的概率分布函数；以整个生产旺季不同车道控制截面效应的概率分布函数作为各车道一个生产年的控制截面效应的代表概率分布函数；
2)根据步骤四第1)步得到的一个年份不同车道控制截面效应的概率分布函数,并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定推导控制截面效应标准值：
以港、矿区运营年限为设计基准期，效应分布的年截口分布F(x)服从包括正态分布、伽马分布或对数正态分布的概率分布，则设计基准期效应最大值分布FT(x)就可以推导出来：FT(x)＝FN(x)，其中N＝1、2、3...n，N为港、矿区运营年份，效应标准值取不低于95％保证率的分位值Mi,j标准值,Vi,j标准值，见下表所示：
第一车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mi,j标准值,Vi,j标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
第n车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；以此类推。
所述步骤五具体为：
1)根据步骤四第2)步中得到的不同车道满足不同跨径及不同运营年限的控制截面效应标准值计算表格，选择效应值最大的一个车道作为代表车道效应值，如下表所示：
代表道控制截面效应标准值
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
2)按照现行《公路桥涵通用设计规范》中标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算不同跨径简支桥梁控制截面弯矩效应值M，如下表所示；
现行设计规范中标准汽车设计荷载弯矩效应M计算值(公路-Ⅰ)
注：Mi规范值,表示跨径为i米桥梁按现行规范计算的弯矩效应值；
3)将步骤五第1)步中得到的满足不同跨径不同港矿区运营年限的代表车道效应值Mi,j标准值与步骤五第2)步中得到的按现行规范标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算得到的不同跨径简支梁控制截面效应值Mi,j规范值相比，得到系数：k＝Mi,j标准值/Mi规范值，如下表所示：
ki,j系数表
注：ki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的k系数；
4)根据步骤五第3)步中得到的k系数，以现行规范中公路-Ⅰ级荷载标准均布力取值qk规范值为基础，用qk规范值与相应的ki,j的乘积qki,j作为满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，如下表所示：
qki,j取值表(单位：kN.m)
注：qki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的均布力取值；
5)根据步骤五第4)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力qki,j的取值，根据简支梁弯矩效应等效原理，如下式所示：
PKi,j＝4Mi,j标准值/L-qki,jL/2
式中，Mi，j标准值含义同上，可由步骤五第1)步中计算表查得；L为某一桥梁的计算跨径；qki,j为跨径i米，运营年限j年的桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，可由步骤五第4)步中计算表查得；
经计算，可以得到满足不同跨径不同运营年限桥梁标注汽车设计荷载模型中的集中力取值，如下表所示：
PKi,j取值表(单位：kN)
注：PKi,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的集中力取值；
6)设剪力效应增大系数为Ki,j，将步骤五第5)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载中的集中力值PKi,j与Ki,j相乘，得到Ki,jPKi,j,与步骤五第4)步中得到的qki,j联立可计算得到满足不同跨径不同运营年限桥梁的控制截面剪力效应值Vi,j，如下式所示：
Ki,jPKi,g+qki,j×0.5L＝Vi,j
式中，Ki,j为跨径i米，运营年限为j年的桥梁的剪力效应增大系数，PKi,j，qki,j，L含义同上。
根据剪力等效的原理：令Vi,j与步骤五第1)步计算出的Vi,j标准值相等，即可反推出满足不同跨径不同运营年限的桥梁标准汽车设计荷载中剪力增大系数Ki,j的取值，如下表所示：
Ki,j取值表
通过以上步骤即可得出满足不同跨径不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数取值方法，进行港矿区桥梁设计时根据桥梁跨径、港矿区运营年限查询步骤五第4)步，步骤五第5)步，步骤五第6)步的相关表格，可得到标准汽车荷载模型的均布力qki,j，集中力PKi,j，剪力增大系数Ki,j的设计参数。
实施例
一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，具体包括以下步骤：
步骤一
1)选取我国广东某港口区路段，在出入口处设置动态车辆信息采集系统；
2)通过步骤一第1)步中的动态车辆信息采集系统，采集生产旺季连续7个工作日内各车道每天不同类型车辆的总数及每种类型每一辆货车的单车重、轴重、轴距参数及各车辆之间车间距参数。
步骤二
1)对步骤一采集到的参数进行数理统计分析，可得到该港、矿区生产旺季连续7个工作日内，各车道不同类型车辆比例构成及单车重、轴重、轴距、车间距参数的概率分布函数，如下所示：
某港区道路一周通过各类车辆比例汇总表
各类型货车单车重概率分布类型及其参数
不同类型车辆的单轴轴重与单车总重的比例关系，可以采用各车辆实测单轴轴重与实测总重的线性回归方程的斜率表示，如下表所示：
各类型货车轴占总重比例回归参数
各类型车辆轴距代表值可结合实测取各车型轴距平均值，如下表所示：
各类型货车轴距代表值
车间距实测数据概率密度函数如下所示：
2)根据步骤二第1)步得到的数理统计分析结果，取上述统计分析结果代表该港区整个生产旺季的交通荷载情况。
步骤三
1)根据步骤二第2)步得到的生产旺季各车道不同车辆比例构成及各类型车辆不同参数的概率分布函数，编制各车道车队随机生成程序，随机生成整个生产旺季内符合该港口区交通构成的随机车队；
2)编制程序使不同车道的随机车队连续通过若干不同跨径简支梁桥，跨径范围以5m-60m为例(取现行常规桥梁的标准跨径)，并按照规律的前进距离(每前进0.01米纪录一次数据)作为采样频率，采集车队通过桥梁时在桥梁跨中截面产生的弯矩(M)效应值及在桥梁支点截面产生的剪力(V)效应值，计算程序流程参见图2；
步骤四
1)对步骤三第2)步采集到的控制截面效应值进行数理统计分析，得到整个生产旺季内车队过桥在不同车道控制截面产生的效应值的概率分布函数，如下表所示(以第一车道为例)：
第一车道不同跨径简支梁桥跨中弯矩效应分布类型及参数
2)以步骤四第1)步得到的整个生产旺季各车道控制截面效应的概率分布函数作为整个生产年份的各车道控制截面效应的概率分布函数，并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定推导控制截面效应标准值推导桥梁控制截面效应标准值：
以港、矿区运营年限为设计基准期，效应分布的年截口分布F(x)服从包括伽马分布，则设计基准期效应最大值分布FT(x)就可以推导出来：FT(x)＝FN(x)，其中N＝1、2、3...n(N为港、矿区运营年份，以N＝20为例)，效应标准值取95％保证率的分位值Mi,j标准值,V,ij标准值(Mi,j标准值,Vi,j标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值)见下表所示(以第一车道为例)。
第一车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
步骤五
1)根据步骤四第2)步中得到的不同车道满足不同跨径及不同运营年限的控制截面效应标准值计算表格，选择效应值最大的一个车道作为代表车道效应值，一般情况各车道车辆构成比例差别较大，不同车道控制截面效应也差别较大，本例中各车道车型比例类似，故各车道效应差别不大，因此选择第一车道作为代表车道效应，如下表所示：
代表道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
2)按照现行《公路桥涵通用设计规范》中标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算不同跨径简支桥梁控制截面弯矩效应值M，如下表所示：
现行设计规范中标准汽车设计荷载弯矩效应M计算值(公路-Ⅰ级)
注：Mi规范值,表示跨径为i米桥梁按现行规范计算的弯矩效应值
3)将步骤五第1)步中得到的满足不同跨径不同港矿区运营年限的代表车道效应值Mi,j标准值与步骤五第2)步中得到的按现行规范标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算得到的不同跨径简支梁控制截面效应值Mi,j规范值相比得到系数：k＝Mi,j标准值/Mi规范值，如下表所示：
Ki，j系数表
注：ki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的k系数；
4)根据步骤五第3)步中得到的k系数，以现行规范中公路-Ⅰ级荷载标准均布力取值qk＝10.5kN.m为基础，用10.5kN.m与相应的kij的乘积qki,j作为满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，如下表所示：
qki,j取值表(单位：kN.m)
注：qki,g表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的均布力取值；
5)根据步骤五第4)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力qki,j的取值，根据简支梁弯矩效应等效原理，如下式所示：
PKi,j＝4Mi,j标准值/L-qki,jL/2
式中，Mi，j标准值含义同上，可由步骤五第1)步中计算表查得；L为某一桥梁的计算跨径；qki,j为跨径i米，运营年限j年的桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，可由步骤五第4)步中计算表查得；
经计算，可以得到满足不同跨径不同运营年限桥梁标注汽车设计荷载模型中的集中力取值，如下表所示：
PKi,j取值表(单位：kN)
注：PKi,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的集中力取值；
6)设剪力效应增大系数为Ki,j，将步骤五第5)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载中的集中力值PKi,j与Ki,j相乘，得到Ki,jPKi,j,与步骤五第4)步中得到的qki,j联立可计算得到满足不同跨径不同运营年限桥梁的控制截面剪力效应值Vi,j，如下式所示：
Ki,jPKi,g+qki,j×0.5L＝Vi,j
式中，Ki,j为跨径i米，运营年限为j年的桥梁的剪力效应增大系数，PKi,j，qki,j，L含义同上。
根据剪力等效的原理：令Vi,j与步骤五第1)步计算出的Vi,j标准值相等，即可反推出满足不同跨径不同运营年限的桥梁标准汽车设计荷载中剪力增大系数Ki,j的取值，如下表所示：
Ki,j取值表
通过以上步骤即可得出满足不同跨径不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数取值方法，进行港矿区桥梁设计时，根据桥梁跨径、港矿区运营年限查询步骤五第4)步，步骤五第5)步，步骤五第6)步的相关表格，可得到标准汽车荷载模型的均布力qki,j，集中力PKi,j，剪力增大系数Ki,j的设计参数。
Claims (6)
1.一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
一、采用动态车辆信息采集系统对港口区、矿区特殊交通荷载区域的交通构成及车辆参数信息进行采集；
二、对步骤一采集到的不同车辆参数进行数理统计分析，得到相应参数的统计值或概率分布函数；
三、根据步骤二数理统计得到的分析结果编制特殊交通荷载车队生成程序，并计算车队通过若干不同跨径桥梁时控制截面产生的效应；
四、对步骤三计算得到的效应值进行分析，得到效应的概率分布函数，并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定计算得到满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值；
五、根据步骤四计算得到的满足不同跨径、不同运营年限桥梁的控制截面效应标准值及效应等效原理反算出满足不同跨径、不同运营年限桥梁的标准汽车设计荷载模型参数查询表。
2.根据权利要求1所述的一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：所述步骤一，具体为：
1)选择港口区、矿区路段，在各车道出、入口处设置动态车辆信息采集系统；
2)通过步骤一第1)步中的动态车辆信息采集系统，采集生产旺季连续m，m≥1个工作日内各车道每天不同类型车辆的总数、每种类型每一辆货车的单车重、轴重、轴距参数及各车辆之间车间距参数。
3.根据权利要求1所述的一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：所述步骤二，具体为：
1)对步骤一采集到的参数进行数理统计分析，得到该港、矿区生产旺季连续m，m≥1个工作日内，各车道不同类型车辆比例构成及单车重、轴重、轴距、车间距参数的概率分布函数；
2)根据步骤二第1)步得到的数理统计分析结果，取各车道m，m≥1个工作日内不同车辆占总车数的比例作为各车道不同车辆在生产旺季的比例构成；取连续m，m≥1个工作日内的某一参数的概率分布函数作为这一参数在整个生产旺季的代表概率分布函数。
4.根据权利要求1所述的一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：所述步骤三，具体为：
1)根据步骤二第2)步得到的生产旺季各车道不同车辆比例构成及各类型车辆不同参数的概率分布函数，编制各车道车队随机生成程序，随机生成整个生产旺季内符合港、矿区交通构成的随机车队；
2)编制程序使不同车道的随机车队连续通过若干不同跨径简支梁桥，跨径范围为1-n米，并按照规律的前进距离作为采样频率，采集车队通过桥梁时在桥梁跨中截面产生的弯矩M的效应值及在桥梁支点截面产生的剪力V的效应值。
5.根据权利要求1所述的一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：所述步骤四，具体为：
1)对步骤三第2)步采集到的控制截面效应值进行数理统计分析，得到整个生产旺季内车队过桥在不同车道控制截面产生的效应值的概率分布函数；以整个生产旺季不同车道控制截面效应的概率分布函数作为各车道一个生产年的控制截面效应的代表概率分布函数；
2)根据步骤四第1)步得到的一个年份不同车道控制截面效应的概率分布函数,并根据《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)5.2.5条规定及《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)5.1.5条规定推导控制截面效应标准值：
以港、矿区运营年限为设计基准期，效应分布的年截口分布F(x)服从包括正态分布、伽马分布或对数正态分布的概率分布，则设计基准期效应最大值分布FT(x)就可以推导出来：FT(x)＝FN(x)，其中N＝1、2、3...n，N为港、矿区运营年份，效应标准值取不低于95％保证率的分位值Mi,j标准值,Vi,j标准值，见下表所示：
第一车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mi,j标准值,Vi,j标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
第n车道控制截面效应标准值(kN.m，kN)
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；以此类推。
6.根据权利要求1所述的一种特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法，其特征在于：所述步骤五，具体为：
1)根据步骤四第2)步中得到的不同车道满足不同跨径及不同运营年限的控制截面效应标准值计算表格，选择效应值最大的一个车道作为代表车道效应值，如下表所示：
代表道控制截面效应标准值
注：Mij标准值,Vij标准值表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的控制截面弯矩及剪力效应标准值；
2)按照现行《公路桥涵通用设计规范》中标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算不同跨径简支桥梁控制截面弯矩效应值M，如下表所示；
现行设计规范中标准汽车设计荷载弯矩效应M计算值(公路-Ⅰ)
注：Mi规范值,表示跨径为i米桥梁按现行规范计算的弯矩效应值；
3)将步骤五第1)步中得到的满足不同跨径不同港矿区运营年限的代表车道效应值Mi,j标准值与步骤五第2)步中得到的按现行规范标准汽车设计荷载公路-Ⅰ级标准计算得到的不同跨径简支梁控制截面效应值Mi,j规范值相比，得到系数：k＝Mi,j标准值/Mi规范值，如下表所示：
ki,j系数表
注：ki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的k系数；
4)根据步骤五第3)步中得到的k系数，以现行规范中公路-Ⅰ级荷载标准均布力取值qk规范值为基础，用qk规范值与相应的ki,j的乘积qki,j作为满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，如下表所示：
qki,j取值表(单位：kN.m)
注：qki,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的均布力取值；
5)根据步骤五第4)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力qki,j的取值，根据简支梁弯矩效应等效原理，如下式所示：
PKi,j＝4Mi,j标准值/L-qki,jL/2
式中，Mi，j标准值含义同上，可由步骤五第1)步中计算表查得；L为某一桥梁的计算跨径；qki,j为跨径i米，运营年限j年的桥梁标准汽车设计荷载模型中的均布力取值，可由步骤五第4)步中计算表查得；
经计算，可以得到满足不同跨径不同运营年限桥梁标注汽车设计荷载模型中的集中力取值，如下表所示：
PKi,j取值表(单位：kN)
注：PKi,j表示跨径为i米，运营年限为j年的桥梁的汽车设计荷载模型中的集中力取值；
6)设剪力效应增大系数为Ki,j，将步骤五第5)步得到的满足不同跨径不同运营年限桥梁标准汽车设计荷载中的集中力值PKi,j与Ki,j相乘，得到Ki,jPKi,j,与步骤五第4)步中得到的qki,j联立可计算得到满足不同跨径不同运营年限桥梁的控制截面剪力效应值Vi,j，如下式所示：
Ki,jPKi,g+qki,j×0.5L＝Vi,j
式中，Ki,j为跨径i米，运营年限为j年的桥梁的剪力效应增大系数，PKi,j，qki,j，L含义同上。
根据剪力等效的原理：令Vi,j与步骤五第1)步计算出的Vi,j标准值相等，即可反推出满足不同跨径不同运营年限的桥梁标准汽车设计荷载中剪力增大系数Ki,j的取值，如下表所示：
Ki,j取值表
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110808634.XA CN113505425A (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110808634.XA CN113505425A (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法 |
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|---|---|
| CN113505425A true CN113505425A (zh) | 2021-10-15 |
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ID=78013641
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| CN202110808634.XA Withdrawn CN113505425A (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 特殊交通荷载下桥梁的标准车辆设计荷载模型设计方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN113505425A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114417468A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-04-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种亚健康公路桥梁的汽车荷载智能限载方法 |
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2021
- 2021-07-16 CN CN202110808634.XA patent/CN113505425A/zh not_active Withdrawn
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |