特重車交通荷載作用下大跨拱橋動(dòng)力響應(yīng)分析

2014-08-08 13:55:24武雋楊飛院素靜韓萬水

建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2014年1期

關(guān)鍵詞：動(dòng)力響應(yīng)橋梁工程

武雋+楊飛+院素靜+韓萬水

建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)2014年文章編號(hào)：16732049(2014)01006808

收稿日期：20140113

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51278064）

作者簡介：武雋（1982），女，陜西西安人，講師，工學(xué)博士

摘要：為研究特重車交通荷載工況作用下大跨拱橋的動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)，以河北省宣大高速公路上某大橋的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)所采集的近3年的交通數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定義并提取了特重車的交通荷載工況，進(jìn)而分析了不同類型特重車交通荷載工況所占比例及每個(gè)特重車交通荷載工況車輛總質(zhì)量的分布規(guī)律。利用隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析軟件計(jì)算了大跨拱橋在特重車交通荷載作用下的空間動(dòng)力響應(yīng)，并與新舊橋梁規(guī)范中的設(shè)計(jì)車輛荷載對應(yīng)的響應(yīng)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：新規(guī)范對拱橋關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)荷載定義更為保守，實(shí)測的交通荷載工況中僅有極少數(shù)特重車交通荷載工況對應(yīng)的響應(yīng)超過了設(shè)計(jì)車輛荷載對應(yīng)的響應(yīng)；對于該大跨拱橋，新橋梁規(guī)范中的設(shè)計(jì)車輛荷載能夠較充分地考慮大部分特重車交通荷載作用對橋梁結(jié)構(gòu)整體受力產(chǎn)生的不利影響。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；特重車交通荷載；隨機(jī)車流橋梁系統(tǒng)；大跨拱橋；動(dòng)力響應(yīng)；動(dòng)態(tài)稱重

中圖分類號(hào)：U441.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Dynamic Response Analysis of Longspan Arch Bridge Under

Extraheavy Truck LoadWU Jun, YANG Fei, YUAN Sujing, HAN Wanshui

（School of Highway, Changan University, Xian 710064, Shaanxi, China）Abstract: Authors investigated the characteristics of the spatial dynamic response of an longspan arch bridge using the random trafficbridge coupling vibration analysis software based on realistic extraheavy truck load data recorded by the weighinmotion (WIM) system. A set of WIM system was installed on a bridge located in the highway from Xuanhua to Datong, Hebei Province. The extraheavy truck load cases were defined and extracted using traffic load data in last three years acquainted by the system, then the proportions of different types and the vehicle weight distributions of the extraheavy truck cases were analyzed, and the structure response was compared with that under the design specification load. The spatial dynamic response of longspan arch bridge under the extraheavy truck cases was analyzed using the random trafficbridge coupling vibration analysis software, and the structure response was compared with that under the design vehicle load in old and current bridge codes. The results show that only few extraheavy truck cases result in larger response than those under design specification vehicle load, implying that the designed load specified in the code can take into account of most critical traffic cases for the studied longspan arch bridge.

Key words: bridge engineering; extraheavy truck load; random trafficbridge system; longspan arch bridge; dynamic response; weighinmotion

0引言

由于車輛計(jì)重收費(fèi)及橋梁健康監(jiān)測等方面的需求，動(dòng)態(tài)稱重(WeighinMotion，WIM)系統(tǒng)在中國高速公路收費(fèi)站及大橋的健康監(jiān)測系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)可以記錄車輛的通過時(shí)間、車輛類型、軸重、軸距、車輛總質(zhì)量等信息。對于橋梁結(jié)構(gòu)而言，WIM系統(tǒng)記錄的車輛信息使得評估其承受的車輛荷載成為可能。國外學(xué)者對此已有多方面的研究，F(xiàn)u等［12］利用在中國3個(gè)省份采集到的730萬車輛數(shù)據(jù)，以公路橋梁中常見的中小跨徑多梁式橋?yàn)榉治鰧ο?，通過統(tǒng)計(jì)分析得到橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年內(nèi)的車質(zhì)量分布規(guī)律，計(jì)算了橋梁關(guān)鍵截面響應(yīng)的分布規(guī)律，進(jìn)而分析了3個(gè)省份多梁式橋在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的可靠度指標(biāo)。Obrien等［3］利用在歐洲2個(gè)地點(diǎn)采集到的WIM數(shù)據(jù)，考慮相鄰2個(gè)車道上車質(zhì)量、車速、車間距之間的相關(guān)關(guān)系，模擬了同向雙車道中小跨徑橋梁的交通荷載，并計(jì)算了橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。Kwon等［4］基于美國密蘇里州WIM系統(tǒng)采集到的4 100萬車輛數(shù)據(jù)，隨機(jī)選擇該州不同形式的中小跨徑橋梁，依據(jù)荷載橫向分布系數(shù)，按影響線加載原理計(jì)算了多梁式橋的響應(yīng)，并分析了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)橋梁關(guān)鍵截面在車輛荷載作用下的響應(yīng)分布，最終得到橋梁結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)和年平均日交通量之間的關(guān)系。

中國利用WIM數(shù)據(jù)進(jìn)行橋梁交通荷載評估的研究相對較少。楊琪等［5］分析了廣東省佛開高速公路2個(gè)月的WIM數(shù)據(jù)，計(jì)算了中小跨徑簡支梁、連續(xù)梁關(guān)鍵截面在實(shí)際車輛荷載作用下的響應(yīng)，并與設(shè)計(jì)規(guī)范作用下的車輛荷載響應(yīng)進(jìn)行了對比。在該WIM數(shù)據(jù)中，采集到164輛車質(zhì)量超過120 t的車輛，其中最大車質(zhì)量為174 t?？梢姡刂剀囋诮煌ㄟ\(yùn)輸中占據(jù)一定比例［610］。

上述研究主要利用WIM數(shù)據(jù)分析中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的車輛荷載響應(yīng)，其分析手段多為根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的響應(yīng)影響線確定車輛的加載位置，利用荷載橫向分布系數(shù)將橋梁結(jié)構(gòu)簡化成平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；在計(jì)算過程中，將車型、車輛的橫向位置、車輛對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊效應(yīng)等均進(jìn)行簡化處理，這對于車輛容納量較少的中小跨徑橋梁而言是合理的。但是對于大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，因其能夠容納大量的車輛，并且特重超長的車輛同時(shí)在橋上通行的概率較大，以上的簡化可能會(huì)對實(shí)際車輛荷載和橋梁設(shè)計(jì)荷載之間的差異考慮不充分。大跨徑橋梁由于其結(jié)構(gòu)和實(shí)際交通荷載的復(fù)雜性，目前未見有相關(guān)研究將實(shí)測交通荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行對比分析。

endprint

本文中筆者基于WIM系統(tǒng)采集的交通荷載數(shù)據(jù)，定義并提取了特重車交通荷載數(shù)據(jù)，分析了不同類型的特重車交通荷載工況所占比例。利用隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析軟件還原真實(shí)的特重車車流過橋場景，該軟件具有完整的車型庫，可以模擬特重車車流中不同的車型。根據(jù)WIM系統(tǒng)實(shí)際記錄的車輛行駛車道、速度、總質(zhì)量等車輛參數(shù)，設(shè)置特重車交通荷載工況中不同車輛的行駛車道、車速以及車質(zhì)量參數(shù)，計(jì)算了特重車交通荷載作用下1座大跨拱橋的空間動(dòng)力響應(yīng)，并與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載作用下的響應(yīng)進(jìn)行了對比，進(jìn)一步得到了大跨拱橋在特重車車流作用下的響應(yīng)特點(diǎn)。

1基于WIM系統(tǒng)的特重車交通荷載工況提取及分析1.1特重車交通荷載工況的提取

宣大高速公路是河北省建成的第1條山區(qū)重載高速公路，是京津地區(qū)通往西北各省及晉煤外運(yùn)的主要通道之一。宣大高速公路上某大橋橋頭安裝了WIM系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括動(dòng)態(tài)稱重平臺(tái)、車輛分離器、輪軸識(shí)別器和數(shù)據(jù)采集處理器，可以測量通過車輛的動(dòng)態(tài)輪胎受力，計(jì)算車輛的總量、車速、軸距，判斷車輛類型等參數(shù)。由于系統(tǒng)維護(hù)等方面的原因，WIM系統(tǒng)記錄的車輛數(shù)據(jù)并不連續(xù)。自2007年11月23日開始運(yùn)營以來至2010年8月6日，該系統(tǒng)共采集大同至宣化方向302 255輛車輛數(shù)據(jù)。

根據(jù)WIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)提取行駛于該橋的特重車交通荷載工況，具體流程如下：第1步，定義特重車交通荷載工況，在橋面上行駛的1組車輛中，如果至少包含1輛特重車就稱為1個(gè)特重車交通荷載工況；第2步，確定特重車交通荷載工況的提取原則，考慮到采集的交通量數(shù)據(jù)非常龐大，為了使車輛荷載分析更具有針對性，同時(shí)為了處理數(shù)據(jù)方便，根據(jù)車質(zhì)量將車輛分為3種類型，即特重車（大于80 t）、重車（20~80 t）和輕車（小于20 t）；第3步，將提取出的特重車交通荷載工況按照隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析系統(tǒng)中車輛文件的輸入格式，形成特重車交通荷載輸入文件。由于該分析系統(tǒng)具有完善的車型庫，可以通過WIM系統(tǒng)記錄的車輛軸數(shù)、車質(zhì)量以及車長信息綜合判斷特重車交通荷載工況中的各車輛的車型。

1.2特重車交通荷載工況類型與比例分析

按照上述特重車交通荷載工況的提取原則，共提取1 319個(gè)特重車交通荷載工況。由于該橋跨徑較大，1輛特重車過橋時(shí)在其相同車道或相鄰車道上可能伴隨有1輛或幾輛車輛同時(shí)過橋。因此，按照車輛過橋時(shí)不同類型車輛數(shù)將提取的特重車過橋工況分為10種類型（各工況劃分時(shí)不考慮車輛的車道分布和在橋上行駛的位置），如表1所示。

表1特重車交通荷載工況類型

Tab.1Types of Extraheavy Truck Load Cases工況編號(hào)同時(shí)過橋車輛數(shù)特重車重車輕車工況數(shù)1100830210n135311n252412n48513n7614n2720n28821n1392201103003注：n=0，1，2，3。

由表1可知：1輛特重車過橋時(shí)最多有4輛重車伴隨其行駛；在所有的特重車交通荷載工況中，最多有3輛特重車同時(shí)過橋。各類型特重車交通荷載工況比例如圖1所示。

圖1各類型特重車交通荷載工況比例

Fig.1Proportions of Different Types of

Extraheavy Truck Load Cases1.3特重車交通荷載工況車質(zhì)量分析

為了分析特重車交通荷載工況車輛總質(zhì)量的分布規(guī)律，將每個(gè)荷載工況的車質(zhì)量進(jìn)行疊加。圖2中給出了車輛總質(zhì)量的分布規(guī)律。從圖2可知，在1 319個(gè)荷載工況中，其中有37個(gè)荷載工況的車輛總質(zhì)量超過200 t，占工況總數(shù)的2.8%，最大的車輛總質(zhì)量為291.2 t。

圖2特重車交通荷載工況車輛總質(zhì)量分布

Fig.2Total Weight Distribution of

Extraheavy Truck Load Cases在上述1 319個(gè)荷載工況中，車質(zhì)量超過80 t的車輛共有1 362輛，其中1 300輛特重車出現(xiàn)在行車道，62輛特重車出現(xiàn)在超車道，特重車在超車道出現(xiàn)的頻數(shù)僅為在行車道出現(xiàn)頻數(shù)的4.8%。圖3為不同車道特重車質(zhì)量分布。從圖3可以看出：由于特重車交通荷載具有明顯的車道分布特點(diǎn)，使得大部分車質(zhì)量集中在行車道位置處，這是造成橋梁橫向受力不均勻的主要原因。

圖3不同車道特重車質(zhì)量分布

Fig.3Extraheavy Truck Weight Distribution on

Different Lanes2交通荷載作用下的車橋耦合分析系統(tǒng)特重車交通荷載過橋動(dòng)力仿真采用自主研發(fā)的橋梁動(dòng)態(tài)分析軟件BDANS(Bridge Dynamic Analysis System)［1113］中的隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析模塊進(jìn)行模擬。該模塊在設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)實(shí)際交通車輛調(diào)查，并結(jié)合高速公路管理部門的車型劃分標(biāo)準(zhǔn)，將公路交通運(yùn)輸中的常見車輛劃分為5大類，共17個(gè)車型，即該模塊包含了17種不同車型的幾何模型。建立車輛動(dòng)力分析模型時(shí)，將具有相同車輛動(dòng)力分析模型的車型合并，共建立了4個(gè)整車動(dòng)力分析模型和5個(gè)拖掛車動(dòng)力分析模型［14］。隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析模塊可以分析采用梁單元建立的不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)橋梁主梁橫截面的不同，梁單元分析模型可以分為單主梁模型和梁格法模型。針對單主梁模型和梁格法模型，分別建立這2種模型車輪與橋面接觸點(diǎn)之間的幾何、力學(xué)耦合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了車輛橋梁耦合振動(dòng)分析的軟件編制。

利用該分析模塊模擬實(shí)際交通荷載時(shí)，可以考慮以下分析參數(shù)：設(shè)置單向多車道或雙向多車道；考慮不同的車輛信息，包括車型、車質(zhì)量；采用實(shí)際的空間路面粗糙度；考慮同一個(gè)車道上車輛的具體橫向位置；模擬實(shí)際的車輛行駛速度。3設(shè)計(jì)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析

3.1工程概況

宣大高速公路上某主跨為138 m的預(yù)應(yīng)力桁式組合拱橋，跨徑組合為14 m+138 m+10 m+2×8 m，矢跨比為1/6。上弦桿在兩側(cè)第2，3節(jié)間處斷開，使其兩邊形成長為31 m的懸臂桁架，中間為固接于懸臂桁架上的76 m桁架拱。大橋立面布置見圖4，圖5為大橋的上弦桿橫斷面及車道布置。

圖4大橋立面布置（單位：m）

Fig.4Elevation View of Bridge (Unit: m)圖5大橋橫斷面及車道布置（單位：cm）

Fig.5Crosssection and Lane Arrangement of

Bridge (Unit:cm)3.2設(shè)計(jì)荷載作用下大橋的空間響應(yīng)計(jì)算

該橋的設(shè)計(jì)荷載為舊橋梁規(guī)范中的汽車超20級，與新橋梁規(guī)范中的公路Ⅰ級荷載相對應(yīng)。為了對比這2種形式的荷載作用下該橋的響應(yīng)以及與實(shí)測中特重車交通荷載工況作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的差異，分別計(jì)算這2種設(shè)計(jì)車輛荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。結(jié)果表明，在公路Ⅰ級荷載作用下拱肋Ⅰ跨中（即圖4所示的截面4處）的豎向位移為15.5 mm，汽車超20級荷載作用下該截面豎向位移為14.6 mm，后者為前者的94.2%。

表2，3中分別給出了拱肋Ⅰ在2種設(shè)計(jì)荷載作用下各截面最不利的內(nèi)力響應(yīng)。由表2可知，汽車超20級荷載作用下拱肋Ⅰ各截面的軸力略小于公路Ⅰ級車輛荷載作用下相應(yīng)截面的軸力。在車輛荷載作用下，該橋跨中實(shí)腹段承受較大的彎矩，其中實(shí)腹段兩側(cè)截面承受較大的正負(fù)彎矩。由表3可知，拱肋Ⅰ在汽車超20級荷載作用下跨中實(shí)腹段各截面的彎矩小于公路Ⅰ級荷載作用下相應(yīng)截面的彎矩。其中，拱肋Ⅰ跨中截面4處的汽車超20級荷載作用下的最大正彎矩僅為公路Ⅰ級荷載作用下最大正彎矩的72.5%。可見，對于該橋，新規(guī)范中的公路Ⅰ級車輛荷載響應(yīng)大于汽車超20級荷載響應(yīng)，且對跨中實(shí)腹段的彎矩響應(yīng)考慮得更為充分。

endprint

表2拱肋Ⅰ各截面設(shè)計(jì)荷載作用下的軸力對比

Tab.2Comparison of Axial Forces of Different

Sections Under Designed Load for Arch RibⅠ截面編號(hào)公路Ⅰ級軸力

FA/kN汽車超20級軸力

FB/kNFBF-1A/%11 656 1 638 98.921 868 1 800 96.341 566 1 519 97.061 824 1 795 98.471 771 1 763 99.6表3拱肋Ⅰ各截面設(shè)計(jì)荷載作用下的彎矩對比

Tab.3Comparison of Bending Moments of Different

Sections Under Specification Load for Arch RibⅠ截面編號(hào)公路Ⅰ級彎矩

MA/(kN·m)汽車超20級彎矩

MB/(kN·m)MBM-1A/%32 590 2 078 80.2-2 906 -2 684 92.442 381 1 727 72.552 609 2 099 80.5-1 596 -1 495 93.74典型特重車交通荷載工況下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析4.1分析參數(shù)的確定

利用隨機(jī)車流橋梁耦合振動(dòng)分析模塊分析該橋在特重車交通荷載作用下的響應(yīng)時(shí)，采用同向雙車道設(shè)置，每個(gè)車道上的車輛按照車道中心線加載，車速、車質(zhì)量采用WIM系統(tǒng)記錄的實(shí)際車輛行駛速度和質(zhì)量，橋面路面粗糙度采用對應(yīng)于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO中規(guī)定的“非常好”的情況。車輛動(dòng)力分析模型參數(shù)包括車輛幾何參數(shù)和剛度阻尼參數(shù)，其中部分車型的剛度阻尼參數(shù)見文獻(xiàn)［9］。

4.2橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)

每個(gè)特重車交通荷載工況包含的車型、車質(zhì)量、車速和車輛橫向行駛位置可形成一個(gè)車流文件，該文件作為BDANS的輸入文件可用于特重車的過橋仿真計(jì)算，本文中選取2組典型的特重車行駛工況進(jìn)行分析。工況1為行車道有1輛特重車行駛，工況2為行車道和超車道分別有1輛特重車和1輛重車行駛，重車先于特重車經(jīng)過拱橋跨中位置。

圖6為2個(gè)特重車交通荷載工況橋面上車輛荷載信息以及拱肋跨中豎向位移時(shí)程曲線，所示車輛位置為第1輛車前軸位于拱肋跨中時(shí)車輛的相對位置。BDANS具有動(dòng)態(tài)可視化功能，可以顯示車流過橋時(shí)橋梁及車輛的振動(dòng)情況，圖6(e),(f)中分別給出了這2個(gè)特重車交通荷載工況的可視化截屏。由圖6可知：在工況1作用下拱肋Ⅱ跨中豎向位移大于拱肋Ⅰ跨中豎向位移；而對于工況2，重車經(jīng)過拱橋跨中時(shí)，拱肋Ⅰ的位移響應(yīng)大于拱肋Ⅱ的位移響應(yīng)，特重車經(jīng)過拱橋跨中時(shí)，拱肋Ⅱ的位移響應(yīng)大于拱肋Ⅰ的位移響應(yīng)?？梢姡囕v的橫向位置對不同拱肋的位移響應(yīng)有明顯的影響。圖6特重車交通荷載工況車輛荷載信息及拱肋跨中豎向位移響應(yīng)

Fig.6Truck Load Information for Extraheavy Truck Load Case and Vertical Displacements of Arch Rib at Midspan5特重車交通荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析利用編制的程序調(diào)用BDANS分別計(jì)算1 319個(gè)特重車交通流作用下橋梁結(jié)構(gòu)的空間動(dòng)力響應(yīng)，并提取各工況作用下主拱圈跨中最大豎向位移、主拱圈跨中實(shí)腹段中間及兩端截面的最大彎矩以及主拱圈四分點(diǎn)的最大軸力，從而實(shí)現(xiàn)對1 319個(gè)特重車交通荷載工況的仿真計(jì)算。

由圖3還可以看出，特重車基本沿行車道行駛，而拱肋Ⅱ更接近行車道，所以在特重車交通荷載作用下，拱肋Ⅱ各截面的響應(yīng)基本大于拱肋Ⅰ各截面的響應(yīng)。由于結(jié)構(gòu)尺寸和配筋沿橋梁中心線為對稱結(jié)構(gòu)，盡管拱肋Ⅰ在車輛荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)更明顯（表2，3），但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，拱肋Ⅱ的結(jié)構(gòu)荷載作用取值應(yīng)和拱肋Ⅰ相同。因此，對比拱肋Ⅱ在特重車交通荷載工況作用下的響應(yīng)與規(guī)范荷載作用下的響應(yīng)時(shí)，規(guī)范荷載作用下的響應(yīng)選取表2，3中的拱肋Ⅰ各截面的響應(yīng)。

5.1特重車交通荷載與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載作用下位移對比

圖7為特重車交通荷載工況作用下拱肋Ⅰ跨中豎向位移的計(jì)算結(jié)果。由圖7可知，僅有4個(gè)特重車交通荷載工況作用下的最大豎向位移響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載作用下的結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)。

圖7特重車交通荷載工況作用下拱肋Ⅰ跨中豎向位移響應(yīng)

Fig.7Vertical Displacement Responses of Arb Ⅰ at

Midspan Under Extraheavy Truck Load Cases5.2特重車交通荷載與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載作用下軸力對比

圖8為特重車交通荷載工況作用下結(jié)構(gòu)各截面的最大軸力計(jì)算結(jié)果，分別對應(yīng)于拱肋Ⅱ截面1，2，4，6，7的最大軸力分布。由于汽車超20級荷載和公路Ⅰ級荷載作用下結(jié)構(gòu)各截面的軸力響應(yīng)相近，選取公路Ⅰ級荷載響應(yīng)與特重車交通荷載工況響應(yīng)進(jìn)行對比。通過各截面軸力響應(yīng)對比可知，截面6有4個(gè)特重車交通荷載工況的響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載響應(yīng)。其他4個(gè)截面有1個(gè)特重車交通荷載工況的響應(yīng)最大，該工況在截面2，4，7的軸力響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載響圖8特重車交通荷載工況作用下結(jié)構(gòu)各截面軸力響應(yīng)

Fig.8Axial Force Responses of Different Sections of

Structures Under Extraheavy Truck Load Cases應(yīng)。該工況為1輛車質(zhì)量為92.3 t特重車與4輛車質(zhì)量分別為43.4，44.4，45.6，49.3 t的重車在行車道同時(shí)過橋。

5.3特重車交通荷載與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載作用下彎矩對比

圖9特重車交通荷載工況作用下結(jié)構(gòu)各截面彎矩響應(yīng)

Fig.9Bending Moment Responses of Different Sections of

Structures Under Extraheavy Truck Load Cases圖9為特重車交通荷載工況作用下各截面的最大彎矩計(jì)算結(jié)果，包括拱肋Ⅱ?qū)嵏苟巫髠?cè)截面最大正彎矩、最大負(fù)彎矩、跨中截面最大正彎矩以及右側(cè)截面最大正彎矩、最大負(fù)彎矩。由圖9可知，各截面均有不同數(shù)量的特重車交通荷載工況響應(yīng)超過規(guī)范荷載響應(yīng)?？傮w來看，對于截面3、截面5處的正彎矩響應(yīng)，特重車交通荷載工況響應(yīng)超過公路Ⅰ級和汽車超20級荷載響應(yīng)的數(shù)目最多。

通過對比圖7~9的結(jié)果可知：與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載相比，特重車交通荷載作用對該橋跨中實(shí)腹段的彎矩響應(yīng)影響最為不利；公路Ⅰ級荷載及汽車超20級荷載對該橋拱肋的軸力以及位移響應(yīng)考慮得更為充分。

在WIM系統(tǒng)記錄的30多萬車輛數(shù)據(jù)中，特重車交通荷載工況盡管大量存在，但是對于大跨度橋梁而言，實(shí)際的特重車交通荷載工況響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載響應(yīng)的極少，從所提取的結(jié)果來看，對于截面3處的正彎矩，最多有6個(gè)特重車交通荷載工況響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載響應(yīng)。6結(jié)語

（1）利用安裝于某高速公路大橋的WIM系統(tǒng)采集的交通荷載信息，包括行駛車輛的通過時(shí)間、車速、橫向位置、車型、車質(zhì)量。定義并提取1 319個(gè)特重車交通荷載工況，統(tǒng)計(jì)分析了不同類型的特重車交通荷載工況數(shù)；特重車交通荷載工況總質(zhì)量分布以及不同車道上特重車的車質(zhì)量分布。

（2）對比分析了汽車超20級、公路Ⅰ級荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，對于大跨徑桁式組合拱橋跨中實(shí)腹段的彎矩響應(yīng)，公路Ⅰ級荷載考慮得更為充分。通過對比特重車交通荷載響應(yīng)與設(shè)計(jì)規(guī)范荷載響應(yīng)之間的差異可知，設(shè)計(jì)規(guī)范荷載對該橋拱肋各截面的軸力響應(yīng)考慮得更為充分。

endprint

（3）在WIM系統(tǒng)記錄的30多萬車輛數(shù)據(jù)中，橋梁結(jié)構(gòu)相對最不利截面最多僅有6個(gè)特重車交通荷載工況響應(yīng)超過公路Ⅰ級荷載響應(yīng)。由此可見，盡管實(shí)際交通流中特重車存在較多，但是由于行車間距、車道橫向折減等原因，橋梁結(jié)構(gòu)在特重車交通荷載作用下的整體受力并未大量超過設(shè)計(jì)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。參考文獻(xiàn)：

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