專利名稱：橋梁汽車荷載效應(yīng)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)計算分析技術(shù)領(lǐng)域，具體講，涉及橋梁汽車荷載效應(yīng)分析的方法。
背景技術(shù)：
港口橋梁的汽車荷載具有“貨車比例高、重載車多、交通量大”的特點，目前國內(nèi)外對港區(qū)橋梁汽車荷載效應(yīng)研究較少，而且現(xiàn)有的橋梁規(guī)范和標準也沒有專門針對港區(qū)橋梁設(shè)計提出具體要求，造成大量的橋梁按照普通公路的汽車荷載標準進行設(shè)計，使橋梁本身的受力狀態(tài)不佳，部分橋梁出現(xiàn)病害，嚴重的甚至垮塌。因此有必要對港區(qū)的汽車運行情況以及產(chǎn)生的荷載效應(yīng)情況進行評估，確定一種合理的港口橋梁上汽車荷載效應(yīng)的分析方法。目前國內(nèi)外關(guān)于橋梁汽車荷載效應(yīng)的分析方法主要是采用自然車流的分析法，或者采用固定車型同時固定車距的分析法。其中采用自然車流分析法的主要有“隨機過程”分析法和“蒙特卡洛”隨機模擬法。前者是在典型位置設(shè)立汽車荷載觀測點，連續(xù)測錄自然(即沒有人工干預(yù))情況下的汽車車流狀況(即車流中包括所有類型的汽車)，然后將這些數(shù)據(jù)模型化為濾過泊松過程或伽馬一更新過程，然后利用相應(yīng)的截口分布公式計算出分布參數(shù)的估計值，從而得到汽車荷載情況。后者是根據(jù)汽車重量的頻率特性，產(chǎn)生其隨機樣本，當產(chǎn)生的樣本足夠多時，這些樣本在統(tǒng)計上符合實測的頻率特性。這個過程一般通過計算機產(chǎn)生隨機數(shù)來實現(xiàn)。然后讓虛擬的汽車模型在橋梁模型上進行模擬交通流運行，從而得到實際橋梁的汽車荷載情況。固定車型、固定車距分析法以我國《廠礦道路設(shè)計規(guī)范GBJ22-87》為代表。具體規(guī)定如附圖1所示。在港口橋梁上運行的車輛具有下列特點:I)貨車類型較少；2)同類型的汽車有時會形成車隊；3)易出現(xiàn)擁堵狀況；4)在無擁堵情況下車輛行駛速度較快。由于同類型的汽車有時會形成車隊成列行駛，一般的自然車流分析法不容易分析出港口橋梁的最大汽車荷載情況。對于固定車型和汽車間距的分析方法，由于港口橋梁上的汽車行駛狀態(tài)多變，易出現(xiàn)擁堵狀況，但是在無擁堵情況下車輛行駛速度較快，因此車輛間距有較大變化，同時固定車型也會出現(xiàn)車型與實際運行車輛不符的情況，因此這種固定汽車間距的分析方法也不容易準確分析出汽車荷載情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，橋梁荷載效應(yīng)分析方法，步驟為:根據(jù)港口橋梁上汽車車型將車輛進行分類，然后由代表車型的汽車組成車列，分別在不同跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)上進行單車道順橋向加載計算，分析其在正常行駛狀態(tài)、堵車狀態(tài)、稀疏狀態(tài)一三種不同運行狀態(tài)下的荷載效應(yīng)，從而得到各型汽車對橋梁結(jié)構(gòu)的影響情況。所述方法進一步細化為:I)進行汽車類型調(diào)查，根據(jù)車型將汽車車輛進行分類，選擇其中的代表車型作為汽車荷載分析車型；2)根據(jù)汽車的運行狀態(tài)與車輛間距之間的關(guān)系確定不同運行狀態(tài)下的車輛間距；3 )將同一種類型的汽車車輛根據(jù)不同的運行狀態(tài)分別組成車列，形成可以進行橋梁汽車荷載計算的一種荷載形式；4)進行車輛荷載效應(yīng)分析。本發(fā)明的技術(shù)特點及效果:依照本發(fā)明的步驟能夠準確分析出汽車荷載情況，尤其可以有效地分析各種極端情況下的汽車荷載效應(yīng)。


圖1重型自卸汽車車隊縱向排列(單位:噸)。圖2四軸型車。圖3五軸型車。圖4車輛間距的組成。圖5不同車速下車輛間距C值理論計算值。圖6稀疏狀態(tài)下(單車)的四軸型汽車的荷載形式。圖7正常行駛狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的四軸型汽車的荷載形式。圖8堵車狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的四軸型汽車的荷載形式。圖9稀疏狀態(tài)下(單車)的五軸型汽車的荷載形式。圖10正常行駛狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的五軸型汽車的荷載形式。圖11堵車狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的五軸型汽車的荷載形式。圖12稀疏狀態(tài)下(單車)的四軸型汽車的荷載效應(yīng)。圖13正常行駛狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的四軸型汽車的荷載效應(yīng)。圖14堵車狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的四軸型汽車的荷載效應(yīng)。圖15稀疏狀態(tài)下(單車)的五軸型汽車的荷載效應(yīng)。圖16正常行駛狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的五軸型汽車的荷載效應(yīng)。圖17堵車狀態(tài)下(車輛數(shù)量不限)的五軸型汽車的荷載效應(yīng)。
具體實施例方式與現(xiàn)有的分析方法不同，本發(fā)明涉及的方法是根據(jù)港口橋梁上汽車車型將車輛進行分類，然后由代表車型的汽車組成車列，分別在不同跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)上進行單車道順橋向加載計算，分析其在正常行駛狀態(tài)、堵車狀態(tài)、稀疏狀態(tài)一三種不同運行狀態(tài)下的荷載效應(yīng)，從而得到各型汽車對橋梁結(jié)構(gòu)的影響情況。該方法可以有效地分析各種極端情況下的汽車荷載效應(yīng)，實施方案:1)進行汽車類型調(diào)查，根據(jù)車型將汽車車輛進行分類，選擇其中的代表車型作為汽車荷載分析車型。2)根據(jù)汽車的運行狀態(tài)與車輛間距之間的關(guān)系確定不同運行狀態(tài)下的車輛間距。3 )將同一種類型的汽車車輛根據(jù)不同的運行狀態(tài)分別組成車列，形成可以進行橋梁汽車荷載計算的一種荷載形式。4)進行車輛荷載效應(yīng)分析。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步詳細說明本發(fā)明。I)根據(jù)所調(diào)查港口公路路網(wǎng)的具體情況，確定有代表性的道路，并設(shè)立測站。進行汽車類型調(diào)查，得知該道路上的重型貨車以集裝箱為主。在剔除荷載較小的客車和輕型貨車后，將典型的主要重載貨車根據(jù)車軸數(shù)目和車軸分布情況分類為“四軸型車”和“五軸型車”。其中四軸型貨車前軸為單軸一單輪，第二軸為單軸一雙輪，后軸為雙聯(lián)軸；五軸型貨車前軸為單軸一單輪，第二軸為單軸一雙輪，后三軸為三聯(lián)軸。2)根據(jù)汽車的運行狀態(tài)與車輛間距之間的關(guān)系確定不同運行狀態(tài)下的車輛間距。汽車之間的間距是前后車車軸之間的距離，可以采用下式計算:D=D1+D2+C式中:D1——前車的車后軸至車尾的距離，D2—后車的車前軸至車頭的距離，C——車輛之間的凈距。根據(jù)調(diào)查可知，不同等級車輛的D1+D2數(shù)值為2.2 3.0m。車輛間距C值由下式計算:C=C I+C2式中:C1—反應(yīng)距離，為駕駛員見到障礙踩制動器至剎車開始生效的時間內(nèi)車輛行駛的距離，由駕駛員的反應(yīng)時間和車速而定，
VC1 = —
3.6其中:V——車速(公里/小時)；t-駕駛員反應(yīng)時間(0.5-1.5秒),認為一般為0.9秒。C2—制動停車距離，即駕駛員開始剎車至停車之間的車輛行駛距離，與車速、路面粗糙程度、剎車的靈敏度有關(guān)，
V2C2 = 0.00394-
μ-f式中:μ —制動效率系數(shù)，按與速度無關(guān)進行處理，可取μ =1.0 ;f—輪胎與橋面的縱向摩擦系數(shù)，與路面粗糙程度和車速有關(guān)，一般為0.25
0.45 ；根據(jù)該公式計算得到不同車速條件下的車輛間距如圖5所示:在理論上，車速為O時，即堵車狀態(tài)下，車輛間距為O。顯然這在現(xiàn)實中是不會發(fā)生的，除非車輛發(fā)生碰撞，否則必然有一個安全可控的距離。這個距離與后車駕駛員的技術(shù)水平、駕駛習慣、路況條件等均有一定的關(guān)系。經(jīng)過調(diào)查，在堵車狀態(tài)下，汽車之間的間距可以取5m ο在運行速度約為25km/h的行駛狀態(tài)下，車輛間距(車軸之間的距離)為15.0m ;在稀疏狀態(tài)下，全橋僅一輛汽車。3 )將同一種類型的汽車車輛根據(jù)不同的運行狀態(tài)分別組成車列，形成可以進行橋梁汽車荷載計算的一種荷載形式，具體如圖6 11所示。4)進行車輛荷載效應(yīng)分析，計算出不同跨徑簡支梁橋的跨中彎矩，具體如圖12 17所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種橋梁汽車荷載效應(yīng)分析方法，其特征是，步驟為:根據(jù)港口橋梁上汽車車型將車輛進行分類，然后由代表車型的汽車組成車列，分別在不同跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)上進行單車道順橋向加載計算，分析其在正常行駛狀態(tài)、堵車狀態(tài)、稀疏狀態(tài)一三種不同運行狀態(tài)下的荷載效應(yīng)，從而得到各型汽車對橋梁結(jié)構(gòu)的影響情況。
2.如權(quán)利要求1所述的橋梁汽車荷載效應(yīng)分析方法，其特征是，所述方法進一步細化為: 1)進行汽車類型調(diào)查，根據(jù)車型將汽車車輛進行分類，選擇其中的代表車型作為汽車荷載分析車型； 2)根據(jù)汽車的運行狀態(tài)與車輛間距之間的關(guān)系確定不同運行狀態(tài)下的車輛間距； 3)將同一種類型的汽車車輛根據(jù)不同的運行狀態(tài)分別組成車列，形成可以進行橋梁汽車荷載計算的一種荷載形式； 4)進行車輛荷載效應(yīng)分析。
全文摘要
本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)計算分析技術(shù)領(lǐng)域，為準確分析出汽車荷載情況，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，橋梁荷載效應(yīng)分析方法，步驟為根據(jù)港口橋梁上汽車車型將車輛進行分類，然后由代表車型的汽車組成車列，分別在不同跨徑的橋梁結(jié)構(gòu)上進行單車道順橋向加載計算，分析其在正常行駛狀態(tài)、堵車狀態(tài)、稀疏狀態(tài)—三種不同運行狀態(tài)下的荷載效應(yīng)，從而得到各型汽車對橋梁結(jié)構(gòu)的影響情況。本發(fā)明主要應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)計算分析。
文檔編號G06F17/50GK103164576SQ20131007844
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者劉文江, 劉旭鍇, 宋廣君, 黃思勇, 李宏祥, 曹景, 華龍海, 王新岐, 謝迎前 申請人:天津市市政工程設(shè)計研究院