基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法

摘要

本发明提供一种基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法，属于土木工程技术领域，该方法是基于路网或路线级的动态称重数据或计重收费数据，提取高速公路桥梁车辆荷载模型，进而根据实际通行路线的桥梁的有效行车宽度、车道划分宽度和数量，结合运输实际合理设定大件运输车辆行车位置，综合考虑社会运营车辆和大件运输车辆的行驶位置，进而给出大件运输车辆通行高速公路桥梁通行权的判定；综合确定大件运输车辆过桥的荷载效应值，实现仅需计算大件运输车辆的荷载效应，通过M大件车与M混行阈值的比较或M大件车与M单车阈值的比较，直接判定大件运输车辆过桥的通行权，并确定大件运输车辆过桥的交通管制要求。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地说是一种基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法。

背景技术

一般的，大件运输属于国民经济的保障性项目，运输的多为国家重点工程项目的核心部件，从加工厂家至设备的安装现场，通常需要经过公路或水路运输，根据实际，公路运输肯定涉及国省干线或高速路网，运输企业为减少运输途中的各种协调，长距离的运输会优先选择高速公路通行。大件运输过程中桥梁安全是重中之重，相关部门的管理规定中对车货总重和轴载提出了要求，但是没有具体明确严格的轴重限值和车货总重限值，因此导致各省大件运输审批部门相互观望，审批时效相对较低。

桥梁结构安全是全社会所关注的，在大件运输项目开展的过程中，不管是审批部门还是桥梁结构的验算单位，通常采用了最为保守的大件运输车辆单车居中过桥的处理方法，但在实际的运输过程中，由于大件运输车辆行驶速度较慢，难免存在临近车道超车的情况出现，因此多数大件运输车辆在行驶过程中通常与社会运营车辆混合通行，如何破解以上问题，至少要在给定桥梁结构的通行权前做好桥梁验算的相关工作。若结论限定为仅为大件运输车通行，其他车辆严禁通行，数据的通用性就会大打折扣。

避免运营单位每次大件车通行都要对路桥交通进行严格的交通管制，目的是为了实现管制制度的数据化、合理化管理，形成科学有效的路桥安全性评定方法，使科研、检测结论对行业管理执行真正意义的指导和管理，是现代化路桥交通亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法，该方法是：计算大件运输车辆产生的荷载效应M

计算大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶工况的荷载效应M

计算大件运输车辆单车过桥的荷载效应M

若大件运输车辆产生的效应M

若M

该方法是基于路网或路线级的动态称重数据或计重收费数据，提取高速公路桥梁车辆荷载模型，进而根据实际通行路线的桥梁的有效行车宽度、车道划分宽度和数量，结合运输实际合理设定大件运输车辆行车位置，综合考虑社会运营车辆和大件运输车辆的行驶位置，进而给出大件运输车辆通行高速公路桥梁通行权的判定；

综合确定大件运输车辆过桥的荷载效应值，实现仅需计算大件运输车辆的荷载效应，通过M

A.根据动态称重数据或计重收费数据，分析路网的车辆荷载组成，提取用于通行能力评定的公路桥梁车辆荷载模型，进而提取适合承载力验算用的标准车辆；

B.根据高速公路桥梁的有效通行宽度和车道划分，设定验算工况：

(1)大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶位置；

(2)大件运输车辆单车居中过桥。

根据桥梁车道布置情况配置，大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶位置设定，大件运输车辆在桥面上的行驶位置为：

a.单向双车道桥梁：按照两车道布载，大件运输车辆设置在行车道，社会车辆设置在超车道；

b.单向三车道桥梁：按照三车道布载，大件运输车辆设置在外侧行车道，社会车辆设置在内侧行车道和超车道；

c.双向四车道和五车道桥梁：按照三车道布载，大件运输车辆设置在最外侧行车道，社会车辆设置在内侧行车道上；

d.双向六车道及以上的桥梁：按照四车道布载，大件运输车辆设置在最外侧行车道，社会车辆依次布置在内侧行车道上。

根据实际通行路线的桥梁的有效行车宽度、车道划分宽度和数量，结合运输实际，设定大件运输车辆行车位置为单车居中过桥；

大件运输车辆单车居中过桥，仅需考虑有效桥面宽度或桥梁宽度，直接设定大件运输车辆沿桥面中心线行驶。

基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法，该方法是基于路网或路线级的动态称重数据或计重收费数据，提取高速公路桥梁车辆荷载模型，进而根据实际通行路线的桥梁的有效行车宽度、车道划分宽度和数量，结合运输实际合理设定大件运输车辆行车位置，综合考虑社会运营车辆和大件运输车辆的行驶位置，进而给出大件运输车辆通行高速公路桥梁通行权的判定；

大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶，建立混合交通状态下桥梁通行能力判定阈值，

A.混合行驶条件下的荷载效应计算：

根据桥面宽度、设计车道数和桥面车道布置情况，确定大件运输车辆和社会车辆混合通行时的荷载效应值，其

荷载效应值M

M

对于宏观条件而言，在既定的大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶的布置工况下，社会车辆轴距和轴载确定，社会车辆横向位置确定，其所产生的效应确定，在此基础上，大件运输车辆和社会车辆的综合效应值是否超出规范限值主要取决于大件运输车辆的荷载水平；

B.桥梁结构极限荷载验算法：

使用实际荷载验算的方法，基于桥梁结构承载能力极限状态和正常使用状态，确定结构控制断面能够承受的最大荷载效应，如预制拼装简支结构的跨中最大弯矩值和支点断面的最大剪力值；

桥梁结构承载能力极限状态的验算内容：

M

桥梁结构正常使用极限状态的验算内容：

M

对于桥梁结构而言，其极限承载状态的抗力和正常使用状态的抗力是能够确定的，从而通过反算，可以确定当达到承载能力极限状态或正常使用极限状态时对应的大件运输车辆所能达到的最大效应，其中，

承载能力极限状态的判断条件是：根据规范要求判定，如受弯构件纵向受拉钢筋或截面受压区达到强度设计值；

正常使用极限状态的判断条件是：根据规范要求判定，如钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或预应力构件达到消压状态或开裂状态等；

C.根据大件运输车辆的横向轮间距、纵向轴距和轴重信息，进而确定大件运输车辆的荷载效应对应极限值，其中，

M

M

其中R为结构控制断面承载力设计值；且R是能够计算出的定值，且对于既定结构，恒载、运营汽车荷载均为固定的数值；

M

M

其中C为结构按照正常使用极限状态计算时，当钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或预应力构件达到抗裂验算限值结构所能承受的最大荷载；

D.取M1和M2中效应值较小者作为控制荷载M

E.通过确定的控制荷载M

大件运输车辆单车居中过桥行驶，建立大件运输车辆单车过桥通行能力判定阈值；

A.大件运输车辆单车居中过桥荷载效应计算：

根据桥面宽度、设计车道数和桥面车道布置情况，确定大件运输车辆通行时的荷载效应值，其

荷载效应值M

在大件运输车辆居中单车过桥工况下，大件运输车辆单车过桥产生的效应是否超出规范限值主要取决于大件运输车辆的荷载水平；

B.桥梁结构极限荷载验算法：

使用实际荷载验算的方法，基于桥梁结构承载能力极限状态和正常使用状态，确定结构控制断面能够承受的最大荷载效应，如预制拼装简支结构的跨中最大弯矩值和支点断面的最大剪力值；

桥梁结构承载能力极限状态的验算内容：

M

桥梁结构正常使用极限状态的验算内容：

M

对于实际结构而言，其极限承载状态的抗力和正常使用状态的抗力是能够确定的，从而通过反算，可以确定当达到承载能力极限状态或正常使用极限状态时对应的大件运输车辆所能达到的最大效应；

C.根据大件运输车辆的横向轮间距、纵向轴距和轴重信息，进而确定大件运输车辆的荷载效应对应极限值，其中，

M

M

其中R为结构控制断面承载力设计值；

M

M

其中C为结构按照正常使用极限状态计算时，当钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或预应力构件达到抗裂验算限值结构所能承受的最大荷载；

D.取M

E.通过确定的控制荷载M

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明根据大件运输车辆通行低速通行桥梁的情况，基于路网或路线级的动态称重数据或计重收费数据，提取公路桥梁车辆荷载模型；根据高速公路运行状况，按照公路桥梁的有效行车宽度、车道划分等，并结合运输实际合理设定大件运输车辆行车位置，进而进行大件运输车辆通行高速公路桥梁通行权的判定。该方法最大程度的吻合了大件运输车辆的实际通行条件，所得结论最具工程实际价值，最能有效保障大件运输车辆过桥的通行安全。

本发明的优点在于能够综合考虑大件运输车辆和社会运营车辆混行过桥，大件运输车辆单车过桥等多种大件车过桥情形，通过设置多种阈值保障桥梁结构在复杂运输条件下的通行安全，既能够全面认识桥梁结构的通行安全，又便于大件运输公司根据验算结果采取有效的交通组织措施。

本发明的方法应用于路桥管理系统平台，植入到平台对应的软件中或算法中，指导管理路桥系统的车辆管控，避免运营单位每次大件车通行都要对路桥交通进行严格的交通管制，目的是为了实现管制制度的数据化、合理化管理，形成科学有效的路桥安全性评定方法，使科研、检测结论对行业管理执行真正意义的指导和管理。

附图说明

附图1是本发明的实际设置2车道桥梁的混合交通布载示意图；

附图2是本发明的实际设置3车道桥梁的混合交通布载示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法作以下详细说明。

本发明的基于实际通行荷载和多阈值设定的大件运输车辆过桥安全性评定方法，步骤如下：

步骤一：基于路网或路线级的动态称重数据或计重收费数据，提取高速公路桥梁车辆荷载模型；

(1)根据路网关键路段的计重收费数据中的车辆荷载信息或主线关键路段的动态称重数据(WIM)，统计省域高速路网公路桥梁汽车荷载特性，如车辆类型、车货总重、轴组类型、轴(组)重、轴间距、车间距、车辆车道系数等荷载信息，建立路线或省域高速公路车辆荷载概率分布模型；

步骤二：根据高速公路桥梁的有效通行宽度和车道划分，设定验算工况：(1)大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶位置；(2)大件运输车辆单车居中过桥；其中：

(1)根据线路的有效通行宽度和实际车道划分，结合规范要求，设定社会车辆和大件运输车辆混合行驶的总车道数，具体设置方法如下：

a.单向双车道桥梁：按照两车道布载，大件运输车辆设置在行车道，社会车辆设置在超车道；

b.单向三车道桥梁：按照三车道布载，大件运输车辆设置在外侧行车道，社会车辆设置在内侧行车道和超车道；

c.双向四车道和五车道桥梁：按照三车道布载，大件运输车辆设置在最外侧行车道，社会车辆设置在内侧行车道上；

d.双向六车道及以上的桥梁：按照四车道布载，大件运输车辆设置在最外侧行车道，社会车辆依次布置在内侧行车道上；

混合交通布载车道数，见表1：

表1混合交通布载车道数

(2)大件运输车辆单车居中过桥的大件运输车辆横向位置设置方法如下：

大件运输车辆横向行驶位置直接设置在桥面中心线处，横向其他位置不再布置社会运营车辆。

步骤三：根据大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶工况，设置大件运输车辆混行工况的荷载阈值；

根据桥面宽度、设计车道数和桥面车道布置情况，使用实际荷载验算的方法，基于桥梁结构承载能力极限状态和正常使用状态，确定结构控制断面能够承受的最大荷载效应，如预制拼装简支结构的跨中最大弯矩值和支点断面的最大剪力值：

桥梁结构承载能力极限状态的验算内容：

M

其中，冲击系数取值采用规范计算值或实际工程实测值。

桥梁结构正常使用极限状态的验算内容：

M

M

不管是单车还是混行，我们能反算出大件运输车辆的最大值，进而作为控制条件。

在既定的大件运输车辆和社会运营布置工况下，社会车辆轴距和轴载确定，社会车辆横向位置确定，其所产生的效应确定，在此基础上，大件运输车辆和社会车辆的综合效应是否超出规范限值主要取决于大件运输车辆的荷载水平。

对于实际结构而言，其承载能力极限承载状态的抗力和正常使用极限状态的抗力是能够确定的，从而通过反算，可以确定当达到承载能力极限状态(既结构或构件达到最大承载力的状态，如钢筋混凝土受弯构件纵向受拉钢筋或截面受压区达到强度设计值)或正常使用极限状态(既结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，如钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或全预应力构件达到消压状态或抗拉应力)时对应的大件运输车辆所能达到的最大效应。对于既定结构，可计算得到基于承载能力极限状态的阈值M

控制荷载M

步骤四：根据大件运输车辆单车居中过桥工况，设置大件运输车辆单车过桥的荷载阈值。

大件运输车辆单车居中过桥行驶，建立大件运输车辆单车过桥通行能力判定阈值；

A.行驶条件荷载验算法：

根据桥面宽度、设计车道数和桥面车道布置情况，确定大件运输车辆通行时的荷载效应值，大件运输车辆单车居中过桥荷载效应计算值：

M

在大件运输车辆居中单车过桥工况下，大件运输车辆单车过桥产生的效应是否超出规范限值主要取决于大件运输车辆的荷载水平；

B.桥梁结构极限荷载验算法：

使用实际荷载验算的方法，基于桥梁结构承载能力极限状态和正常使用状态，确定结构控制断面能够承受的最大荷载效应，如预制拼装简支结构的跨中最大弯矩值和支点断面的最大剪力值；

桥梁结构承载能力极限状态的验算内容：

M

桥梁结构正常使用极限状态的验算内容：

M

M

不管是单车还是混行，我们能反算出大件运输车辆的最大值，进而作为控制条件。

对于实际结构而言，其承载能力极限承载状态的抗力和正常使用极限状态的抗力是能够确定的，从而通过反算，可以确定当达到承载能力极限状态(既结构或构件达到最大承载力的状态，如钢筋混凝土受弯构件纵向受拉钢筋或截面受压区达到强度设计值)或正常使用极限状态(既结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，如钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或全预应力构件达到消压状态或抗拉应力)时对应的大件运输车辆所能达到的最大效应。

C.根据大件运输车辆的横向轮间距、纵向轴距和轴重信息，进而确定大件运输车辆的荷载效应对应极限值，其中，

M

M

M

其中R为结构控制断面承载力设计值；

M

M

其中C为结构按照正常使用极限状态计算时，当钢筋混凝土构件裂缝宽度达到规范限值或预应力构件达到抗裂验算限值结构所能承受的最大荷载；

D.取M

控制荷载M

步骤五：

综合大件运输车辆和社会运营车辆混合行驶工况和大件运输车辆单车过桥的计算结果M

若大件运输车辆产生的效应M

若M

本发明的方法适用于技术状况等级为1类、2类等无严重病害的公路桥梁，文中的表述主要针对简支结构桥梁，连续梁等其他结构可以参考使用，对独柱墩等对横向行驶敏感的桥梁需进行特殊计算。