桥梁汽车荷载效应分析方法

摘要

本发明属于桥梁结构计算分析技术领域，为准确分析出汽车荷载情况，本发明采取的技术方案是，桥梁荷载效应分析方法，步骤为：根据港口桥梁上汽车车型将车辆进行分类，然后由代表车型的汽车组成车列，分别在不同跨径的桥梁结构上进行单车道顺桥向加载计算，分析其在正常行驶状态、堵车状态、稀疏状态—三种不同运行状态下的荷载效应，从而得到各型汽车对桥梁结构的影响情况。本发明主要应用于桥梁结构计算分析。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁结构计算分析技术领域，具体讲，涉及桥梁汽车荷载效应分析的方法。

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 港区桥梁汽车荷载效应研究较少，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运行情况以及产 生的荷载效应情况进行评估，确定一种合理的港口桥梁上汽车荷载效应的分析方法。

目前国内外关于桥梁汽车荷载效应的分析方法主要是采用自然车流的分析法，或者采用 固定车型同时固定车距的分析法。

其中采用自然车流分析法的主要有“随机过程”分析法和“蒙特卡洛”随机模拟法。前 者是在典型位置设立汽车荷载观测点，连续测录自然（即没有人工干预）情况下的汽车车流 状况（即车流中包括所有类型的汽车），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。后 者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。

固定车型、固定车距分析法以我国《厂矿道路设计规范GBJ22-87》为代表。具体规定 如附图1所示。

在港口桥梁上运行的车辆具有下列特点：

1）货车类型较少；

2）同类型的汽车有时会形成车队；

3）易出现拥堵状况；

4）在无拥堵情况下车辆行驶速度较快。

由于同类型的汽车有时会形成车队成列行驶，一般的自然车流分析法不容易分析出港口 桥梁的最大汽车荷载情况。

对于固定车型和汽车间距的分析方法，由于港口桥梁上的汽车行驶状态多变，易出现拥 堵状况，但是在无拥堵情况下车辆行驶速度较快，因此车辆间距有较大变化，同时固定车型 也会出现车型与实际运行车辆不符的情况，因此这种固定汽车间距的分析方法也不容易准确 分析出汽车荷载情况。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，为此，本发明采取的技术方案是，桥梁荷载效应分析 方法，步骤为：根据港口桥梁上汽车车型将车辆进行分类，然后由代表车型的汽车组成车列， 分别在不同跨径的桥梁结构上进行单车道顺桥向加载计算，分析其在正常行驶状态、堵车状 态、稀疏状态—三种不同运行状态下的荷载效应，从而得到各型汽车对桥梁结构的影响情况。

所述方法进一步细化为：

1）进行汽车类型调查，根据车型将汽车车辆进行分类，选择其中的代表车型作为 汽车荷载分析车型；

2）根据汽车的运行状态与车辆间距之间的关系确定不同运行状态下的车辆间距；

3）将同一种类型的汽车车辆根据不同的运行状态分别组成车列，形成可以进行桥 梁汽车荷载计算的一种荷载形式；

4）进行车辆荷载效应分析。

本发明的技术特点及效果：

依照本发明的步骤能够准确分析出汽车荷载情况，尤其可以有效地分析各种极端情况下 的汽车荷载效应。

附图说明

图1重型自卸汽车车队纵向排列（单位：吨）。

图2四轴型车。

图3五轴型车。

图4车辆间距的组成。

图5不同车速下车辆间距C值理论计算值。

图6稀疏状态下（单车）的四轴型汽车的荷载形式。

图7正常行驶状态下（车辆数量不限）的四轴型汽车的荷载形式。

图8堵车状态下（车辆数量不限）的四轴型汽车的荷载形式。

图9稀疏状态下（单车）的五轴型汽车的荷载形式。

图10正常行驶状态下（车辆数量不限）的五轴型汽车的荷载形式。

图11堵车状态下（车辆数量不限）的五轴型汽车的荷载形式。

图12稀疏状态下（单车）的四轴型汽车的荷载效应。

图13正常行驶状态下（车辆数量不限）的四轴型汽车的荷载效应。

图14堵车状态下（车辆数量不限）的四轴型汽车的荷载效应。

图15稀疏状态下（单车）的五轴型汽车的荷载效应。

图16正常行驶状态下（车辆数量不限）的五轴型汽车的荷载效应。

图17堵车状态下（车辆数量不限）的五轴型汽车的荷载效应。

具体实施方式

与现有的分析方法不同，本发明涉及的方法是根据港口桥梁上汽车车型将车辆进行分类， 然后由代表车型的汽车组成车列，分别在不同跨径的桥梁结构上进行单车道顺桥向加载计算， 分析其在正常行驶状态、堵车状态、稀疏状态—三种不同运行状态下的荷载效应，从而得到 各型汽车对桥梁结构的影响情况。该方法可以有效地分析各种极端情况下的汽车荷载效应，

实施方案：

1）进行汽车类型调查，根据车型将汽车车辆进行分类，选择其中的代表车型作为 汽车荷载分析车型。

2）根据汽车的运行状态与车辆间距之间的关系确定不同运行状态下的车辆间距。

3）将同一种类型的汽车车辆根据不同的运行状态分别组成车列，形成可以进行桥 梁汽车荷载计算的一种荷载形式。

4）进行车辆荷载效应分析。

下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。

1）根据所调查港口公路路网的具体情况，确定有代表性的道路，并设立测站。进 行汽车类型调查，得知该道路上的重型货车以集装箱为主。在剔除荷载较小的 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。

2）根据汽车的运行状态与车辆间距之间的关系确定不同运行状态下的车辆间距。 汽车之间的间距是前后车车轴之间的距离，可以采用下式计算：

D=D1+D2+C

式中：D1——前车的车后轴至车尾的距离，

D2——后车的车前轴至车头的距离，

C——车辆之间的净距。

根据调查可知，不同等级车辆的D1+D2数值为2.2～3.0m。

车辆间距C值由下式计算：

C=C1+C2

式中：C1——反应距离,为驾驶员见到障碍踩制动器至刹车开始生效的时间内车辆行驶 的距离，由驾驶员的反应时间和车速而定，

$C_1=\frac{V}{3.6}t$

其中：V——车速（公里/小时）；

t——驾驶员反应时间（0.5-1.5秒），认为一般为0.9秒。

C2——制动停车距离，即驾驶员开始刹车至停车之间的车辆行驶距离，与车速、 路面粗糙程度、刹车的灵敏度有关，

$C_2=0.00394\frac{V^2}{\mu ·f}$

式中：μ——制动效率系数，按与速度无关进行处理，可取μ=1.0；

f——轮胎与桥面的纵向摩擦系数，与路面粗糙程度和车速有关，一般为 0.25～0.45；

根据该公式计算得到不同车速条件下的车辆间距如图5所示：

在理论上，车速为0时，即堵车状态下，车辆间距为0。显然这在现实中是不会发生的， 除非车辆发生碰撞，否则必然有一个安全可控的距离。这个距离与后车驾驶员的技术水平、 驾驶习惯、路况条件等均有一定的关系。经过调查，在堵车状态下，汽车之间的间距可以取 5m。

在运行速度约为25km/h的行驶状态下，车辆间距（车轴之间的距离）为15.0m；在稀疏 状态下，全桥仅一辆汽车。

3）将同一种类型的汽车车辆根据不同的运行状态分别组成车列，形成可以进行桥 梁汽车荷载计算的一种荷载形式，具体如图6～11所示。

4）进行车辆荷载效应分析，计算出不同跨径简支梁桥的跨中弯矩，具体如图12～ 17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。