基于WIM數(shù)據(jù)的公路汽車荷載統(tǒng)計特征研究

趙少杰，肖仕偉，任偉新

（1.中南大學土木與建筑學院，湖南長沙 410075；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南長沙 410008；3.中南公路建設及養(yǎng)護技術湖南省重點實驗室，湖南長沙 410008；4.中國華西工程設計建設有限公司，四川成都 610031）

基于WIM數(shù)據(jù)的公路汽車荷載統(tǒng)計特征研究

趙少杰1，2，3，肖仕偉4，任偉新1

（1.中南大學土木與建筑學院，湖南長沙 410075；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南長沙 410008；3.中南公路建設及養(yǎng)護技術湖南省重點實驗室，湖南長沙 410008；4.中國華西工程設計建設有限公司，四川成都 610031）

運用動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM）結合人工調查對典型地區(qū)的公路汽車荷載進行采集，獲得了湖南、廣東、貴州及廣西地區(qū)的汽車荷載數(shù)據(jù)；基于荷載統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析了這些地區(qū)車輛荷載的車型、軸重、軸距等分布特征，為修訂和完善汽車荷載標準提供參考。

公路交通；汽車荷載；動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM）

隨著中國經濟的不斷發(fā)展，運輸車輛不斷大型化和重型化，各級公路特別是橋梁承擔的交通量及汽車荷載不斷加大，橋梁的安全風險越來越大，如2011年7月分別發(fā)生在江蘇鹽城通榆河橋、武夷山公館大橋、杭州錢江三橋引橋、北京寶山寺白河橋的坍塌事故，都是由超載運輸車輛的作用所引起的。汽車荷載作為橋梁承受的基本可變荷載之一，是橋梁設計、評估中的關鍵作用參數(shù)。目前，國內橋梁設計、安全評估等通常基于規(guī)范的常規(guī)車輛荷載標準，隨著交通荷載的不斷變化，有可能低估橋梁實際存在的安全風險。因此，開展對各地區(qū)汽車荷載現(xiàn)狀的調查統(tǒng)計十分重要。該文運用動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM），結合人工調查法，開展公路汽車荷載統(tǒng)計特征研究，為公路及橋梁設計、安全評估等提供借鑒和參考。

1 車輛荷載數(shù)據(jù)的采集

公路汽車荷載數(shù)據(jù)主要通過布設在全國各地的WIM系統(tǒng)進行采集，對于未埋設WIM系統(tǒng)的地區(qū)，采用人工現(xiàn)場調查方法。

1.1 WIM系統(tǒng)

WIM系統(tǒng)采用動態(tài)稱重技術對行駛在路上的車輛進行實時測量，獲得相應的車輛荷載數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包含傳感器和數(shù)據(jù)采集儀（見圖1），獲取的數(shù)據(jù)包括車重、軸重、車速、軸距、車輛類型等。與靜態(tài)稱重相比，動態(tài)稱重的優(yōu)點是省時、高效，且不對交通造成干擾。

1.2 各地區(qū)汽車荷載數(shù)據(jù)的采集

圖1 動態(tài)稱重系統(tǒng)的結構

（1）湖南地區(qū)車輛荷載數(shù)據(jù)采集。采用人工調查方法，調查地區(qū)覆蓋全省主要市州。主要被調查公路包括G107宜章繞城公路、華容安鄉(xiāng)荊八路（X025）、衡陽干線公路S315線和婁漣公路、株洲市S210線、S317沅陵縣苦藤鋪至白田公路、瀘溪浦市至辰溪公路改建工程、S237冷水灘珊瑚至東安井頭圩公路。采用便攜式汽車稱重儀進行荷載調查。本著盡量不影響正常交通的原則，選擇寬闊地帶作為檢測點。只對貨車進行調查，未調查小車及客車。共收集7 457組汽車荷載數(shù)據(jù)。

（2）廣東地區(qū)車輛荷載數(shù)據(jù)采集。調查地點為廣東虎門渡口東引道，該引道是進出東莞虎門渡口的重要通道，日交通量為10 000～20 000輛，為雙向四車道一級公路。過往車輛包括貨車、客車、小型客車等，車型具有一定的代表性。采用 HI-TRAC 100型商用WIM系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用壓電傳感器感應并稱量車輛軸重，車速測量精度為±1.5%，軸重測量精度為±10%。車型分類主要根據(jù)軸數(shù)和軸型進行，共分為二軸、三軸、四軸、五軸、六軸五類。共進行7 d現(xiàn)場實測，收集到65 535組汽車荷載數(shù)據(jù)。

（3）貴州地區(qū)車輛荷載數(shù)據(jù)采集。貴州地區(qū)車輛荷載調查在鎮(zhèn)勝（鎮(zhèn)寧—勝境關）高速公路壩陵河

特大橋上進行。該橋跨越壩陵河大峽谷，主跨為1 088 m雙塔單跨鋼桁架懸索橋，全橋長2 237 m。采用壓電式WIM稱重系統(tǒng)，共進行7 d現(xiàn)場實測，收集到41 415組汽車荷載數(shù)據(jù)。

（4）廣西地區(qū)車輛荷載數(shù)據(jù)采集。廣西地區(qū)車輛荷載采集在南寧市白沙大橋上進行。該橋限制貨車通行，總長2 605 m，主橋為預應力砼獨塔雙索面斜拉橋。該橋安裝了雙向兩車道高速動態(tài)稱重系統(tǒng)（SPRDOK-Y203），該WIM系統(tǒng)由高速稱重傳感器、動態(tài)稱重儀及野外機柜等組成。收集1個月汽車荷載實測數(shù)據(jù)，共377 299組。該橋實行限載通行，統(tǒng)計結果可作為與非限載通行地區(qū)車輛荷載狀況的對比參照。

2 車輛荷載數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征分析

2.1 車型分布特征

對各地區(qū)的車輛按車型軸數(shù)進行分類統(tǒng)計，各軸車所占總車輛數(shù)的百分比見表1。

圖4 貴州地區(qū)的車重分布

表1 各地區(qū)車型分布%

從表1來看，各地區(qū)公路上通行的車輛大部分為兩軸車，占比均在60%以上；貴州和湖南兩地四軸以上車輛較多，約占總車輛數(shù)的20%；廣西南寧大橋由于限載通行，五軸以上重車占比很小。

2.2 車重分布特征

對各地區(qū)的車輛按車重范圍進行數(shù)量統(tǒng)計，得到各車重占總車輛數(shù)的百分比（見表2）及典型地區(qū)的車重分布（見圖2～4）。其中由于湖南地區(qū)采用人工調查方法，未對小車及客車進行統(tǒng)計，故總重小于3 t的車輛實測較少。

表2 各地區(qū)車重分布%

從表2、圖2～5可見：湖南和貴州兩地車輛超載較嚴重，湖南地區(qū)總重550 k N以上的超重車約占6.6%，貴州地區(qū)車重550 k N以上的車輛接近總數(shù)的5%；廣東和廣西地區(qū)車重較輕，車重200 k N以下的車輛占95%以上，550 k N以上的超重車很少，占比均在1%以下。

2.3 軸重分布特征

各典型地區(qū)車輛平均軸重及總重統(tǒng)計結果見表3～5。

從表3～5來看，湖南地區(qū)主要針對貨車采用人工調查法進行荷載數(shù)據(jù)采集，故其二軸車平均軸重和總重均較大；湖南和貴州地區(qū)四軸、五軸車的單軸平均軸重較大，部分軸重超過10 t，相應總重也較重；單軸重最重的車型多出現(xiàn)在三軸、四軸、五軸車，

六軸車雖然平均總重最重，但荷載在各軸之間分配相對較均勻，單軸重相比其他車型差別不大；廣東地區(qū)各軸車的平均軸重及總重相對較小；南寧地區(qū)由于限載通行，超載重車很少。

表3 湖南地區(qū)車輛平均軸重統(tǒng)計k N

表4 廣東地區(qū)車輛平均軸重統(tǒng)計k N

表5 貴州地區(qū)車輛平均軸重統(tǒng)計k N

2.4 車輛軸距分布特征

各典型地區(qū)車輛平均軸距分布統(tǒng)計結果見表6～8。

表6 廣東地區(qū)車輛平均軸距統(tǒng)計cm

表7 貴州地區(qū)車輛平均軸距統(tǒng)計cm

表8 廣西地區(qū)車輛平均軸距統(tǒng)計cm

從表6～8來看，各地區(qū)二軸車、六軸車的平均軸距分布基本一致；廣東地區(qū)四軸車在2～3軸的軸距較大，達到7.38 m；各地區(qū)三軸和五軸車及其平均軸距差異較大，說明這兩種車型在運輸車輛中有較大的變異性和自由性。

3 結論

該文統(tǒng)計分析了全國典型地區(qū)收集的公路車輛荷載數(shù)據(jù)，獲得了湖南、廣東、貴州和廣西地區(qū)的車輛荷載分布類型及特征，主要結論如下：1）各地區(qū)公路通行的車輛大部分為二軸車；貴州和湖南兩地四軸以上重車較多，約占總車輛數(shù)的20%。2）湖南和貴州地區(qū)的車輛超載較嚴重，總重550 k N以上的超重車約占5%；廣東和廣西地區(qū)車重200 k N以下的車輛較多，占95%以上，超重車很少，占比均在1%以下。3）單軸平均軸重最大的是湖南和貴州地區(qū)，部分單軸重超過10 t；各地區(qū)單軸重最重的車型多出現(xiàn)在三軸、四軸、五軸車，六軸車雖然平均總重最重，但荷載在各軸間的分配相對較均勻，單軸重相比其他車型并不大。4）各地區(qū)二軸車、六軸車的平均軸距分布基本一致；三軸和五軸車及其平均軸距差異較大，說明其在運輸車輛中具有較大的變異性和自由性。

中國幅員遼闊，各地區(qū)的公路汽車荷載千差萬別，呈現(xiàn)隨機時變性和因地而異的特性，如何獲取大量準確可靠的交通數(shù)據(jù)并以此為基礎建立準確、適用的車輛荷載模型是關鍵，也是研究難點。該文獲得了一些典型地區(qū)的車輛荷載數(shù)據(jù)，研究了相應的統(tǒng)計荷載特征，相關結論可為后續(xù)車輛荷載模型及規(guī)范研究提供一定參考。但若要更全面地評估目前實際運營的交通荷載狀況，還需開展大量基于WIM系統(tǒng)的車輛荷載數(shù)據(jù)收集及統(tǒng)計分析，這也是未來基于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的公路汽車荷載模型研究的基礎。

［1］ 何棟.橋梁超載風險管理［J］.中國公路，2012（5）.

［2］ “公路橋梁車輛荷載研究”課題組.公路橋梁車輛荷載研究［J］.公路，1997（3）.

［3］ 梁棟，董春霞，趙少偉.適用于重載交通的公路橋梁荷載標準研究［J］.公路，2011（3）.

［4］ 尤吉.基于WIM卡車數(shù)據(jù)的公路橋梁承載能力評估［D］.上海：同濟大學，2010.

［5］ 孫守旺，孫利民.基于實測的公路橋梁車輛荷載統(tǒng)計模型［J］.同濟大學學報：自然科學版，2012，40（2）.

［6］ AO＇Connor，EMEiehinger.Site-specific traffic load modeling for bridge assessment［J］.Journal of Bridge Engineering，2007，160（4）.

［7］ 周濤泳，鮑衛(wèi)剛，翟輝，等.我國高速公路交通荷載標準研究［J］.公路交通科技，2010，27（2）.

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1671-2668（2016）06-0048-03

2016-04-02