基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)車(chē)流的公路橋梁設(shè)計(jì)車(chē)載模型校驗(yàn)

肖新輝，陳英，魯乃唯

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基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)車(chē)流的公路橋梁設(shè)計(jì)車(chē)載模型校驗(yàn)

肖新輝1, 2，陳英3，魯乃唯2

(1. 長(zhǎng)沙理工大公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，湖南 長(zhǎng)沙，410076； 2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 橋梁結(jié)構(gòu)安全控制湖南省工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410114； 3. 中南林業(yè)科技大學(xué) 涉外學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410004)

基于我國(guó)車(chē)流數(shù)據(jù)校驗(yàn)既有設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型，提出隨機(jī)車(chē)流荷載下橋梁車(chē)載效應(yīng)極值外推方法?；谀掣咚俟窐蛄簞?dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)車(chē)流數(shù)據(jù)，建立隨機(jī)車(chē)流荷載模型，分析簡(jiǎn)支T梁橋的車(chē)輛荷載效應(yīng)極值，據(jù)此校驗(yàn)國(guó)內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型。研究結(jié)果表明：歐洲Eurocode3規(guī)范和英國(guó)BS5400規(guī)范的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值遠(yuǎn)大于中國(guó)JTG D60—2015規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值和美國(guó)AASHTO荷載規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值；針對(duì)我國(guó)交通荷載現(xiàn)狀，歐洲Eueocode3規(guī)范與英國(guó)BS5400規(guī)范設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型的重現(xiàn)期趨于無(wú)窮大，而美國(guó)規(guī)范的重現(xiàn)期小于 1 000 a，我國(guó)JTG D60—2015設(shè)計(jì)車(chē)道荷載規(guī)范的重現(xiàn)期為1 000~4 000 a。

橋梁工程；車(chē)輛荷載；極值；隨機(jī)車(chē)流

車(chē)輛荷載是公路橋梁可變荷載的重要組成部分，在公路橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中占主導(dǎo)地位。設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載需要統(tǒng)計(jì)資料與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)制定。我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中的汽車(chē)荷載是“公路橋梁車(chē)輛荷載研究課題組”[1]于20世紀(jì)90年代初在我國(guó)4條四道的車(chē)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上制定的。然而，自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)迅速發(fā)展，交通量以及超載車(chē)輛迅速增大，超載車(chē)輛荷載下的橋梁安全事故屢見(jiàn)不鮮[2]，亟待基于實(shí)測(cè)車(chē)流數(shù)據(jù)校驗(yàn)現(xiàn)行公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)計(jì)規(guī)范中的交通荷載標(biāo)準(zhǔn)值是由多個(gè)地域的實(shí)測(cè)交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)外推得出的，代表了一定重現(xiàn)期內(nèi)的安全水 平[3]。例如，美國(guó)AASHTO-LRFD規(guī)范基于1970年在Ontario等城市的交通測(cè)量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)[4]，歐洲Eurocode1規(guī)范的交通荷載標(biāo)準(zhǔn)值以1980年Auxerre等地區(qū)的測(cè)量值為基準(zhǔn)[5]。我國(guó)公路橋梁汽車(chē)荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值是20世紀(jì)90年代以河北等省份的4條高速公路的測(cè)量值基礎(chǔ)上分析得出的。綜合考慮交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展迅速、交通運(yùn)輸管理不當(dāng)?shù)那闆r，既有設(shè)計(jì)規(guī)范可能高估橋梁生命周期內(nèi)的安全水平。韓萬(wàn)水 等[6]對(duì)河北某高速公路車(chē)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，少數(shù)特重車(chē)輛荷載工況使得橋梁強(qiáng)度超限率達(dá)15%。OBRIEN等[7]在歐洲4個(gè)動(dòng)態(tài)稱重(WIM)站點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果也表明部分超載車(chē)輛對(duì)橋梁的作用已經(jīng)超出設(shè)計(jì)值。為了克服設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型在實(shí)際工程應(yīng)用中的不足，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在車(chē)輛荷載模型及荷載效應(yīng)進(jìn)行了大量研究[8?11]。在交通荷載模型模擬方法方面，主要有基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的自然車(chē)隊(duì)模擬方法、基于車(chē)輛參數(shù)概率統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)車(chē)流模擬方法和基于隨機(jī)過(guò)程理論的平衡更新方法等[12]。在荷載的概率分布模型方面，早期的研究采用單一的概率分布類型(對(duì)數(shù)正態(tài)或Weibull分布等)擬合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(軸質(zhì)量、車(chē)距等)的概率密度函數(shù)。隨著超載超限車(chē)輛的出現(xiàn)與增大，實(shí)測(cè)車(chē)質(zhì)量呈現(xiàn)出多峰分布特征，混合分布模型(高斯混合模型、Weibull混合分布模型等)在此具有較好的適用 性[13?15]?；谔囟▓?chǎng)地WIM數(shù)據(jù)的車(chē)輛荷載模型與設(shè)計(jì)活載模型的校驗(yàn)也是研究熱點(diǎn)，例如阮欣等[16]基于我國(guó)WIM數(shù)據(jù)，考慮日交通量12萬(wàn)輛和重車(chē)混入率20%，建立了適用于多塔斜拉橋驗(yàn)算分析的車(chē)輛荷載加載模式。在交通荷載增長(zhǎng)預(yù)測(cè)研究方面，目前的模型主集中在交通工程領(lǐng)域?；陂L(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的大數(shù)據(jù)模型是預(yù)測(cè)交通荷載增長(zhǎng)的可靠基礎(chǔ)，本文作者基于某高速公路橋梁WIM系統(tǒng)的長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)車(chē)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)型、車(chē)質(zhì)量、車(chē)距和車(chē)速等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用合適的概率分布函數(shù)建立各參數(shù)的概率模型；介紹歐美國(guó)家與中國(guó)的公路橋梁汽車(chē)荷載設(shè)計(jì)模型，基于WIM數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的隨機(jī)車(chē)流模型驗(yàn)證國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范的汽車(chē)荷載模型的適用性，研究交通量增長(zhǎng)下既有橋梁汽車(chē)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范的安全水平；基于極值理論與橋梁的可靠度水平校驗(yàn)既有橋梁汽車(chē)荷載設(shè)計(jì)模型。

1 國(guó)內(nèi)外公路橋梁設(shè)計(jì)車(chē)載模型

1.1 美國(guó)設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型

現(xiàn)行美國(guó)聯(lián)邦州公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(AASHTO- LRFD)是NOWAK等[4]對(duì)美國(guó)車(chē)輛荷載進(jìn)行大量調(diào)查與研究的基礎(chǔ)上制定的，該荷載模型的原型是HS20-44模型。1944年，美國(guó)邦州公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(AASHTO)制定了HS20-44車(chē)輛荷載模型。該模型是總質(zhì)量為24 t的三軸卡車(chē)，前中后軸的軸重力分別為26.8，106.6和106.6 kN，后軸軸距的變化范圍為4.3~9.1 m，由影響線加載的最大效應(yīng)確定?，F(xiàn)行的AASHTO-LRFD荷載模型基于HS20-44模型制訂，由雙軸車(chē)或設(shè)計(jì)三軸卡車(chē)(見(jiàn)圖1)與均布荷載的組合而成。其中，雙軸車(chē)的軸重力為110 kN，間距為1.2 m；三軸卡車(chē)的軸重力分別為35，145和145 kN，均布荷載為9.3 kN/m。3車(chē)道與4車(chē)道的橫向折減系數(shù)分別為0.90為0.75。該荷載模型的適用范圍是跨度小于152 m的橋梁，且若均布荷載效應(yīng)較大，則應(yīng)取消均布荷載效應(yīng)。

圖1 美國(guó)AASHTO-LRFD車(chē)輛荷載模型

針對(duì)大跨度橋梁車(chē)輛荷載模型，美國(guó)土木工程協(xié)會(huì)(ASCE)在AASHTO-LRFD模型基礎(chǔ)上提出建議荷載模型。該建議荷載模型在跨度為15.2~1 950.0 m的加載長(zhǎng)度上采用集中力和均布荷載的方式加載，其中，集中力()變化范圍是0~747 kN，均布荷載()根據(jù)重型車(chē)輛的占有率確定，如圖2所示。針對(duì)多車(chē)道荷載效應(yīng)，1車(chē)道全加載，2車(chē)道加載70%，余下的車(chē)道均加載40%。

1.2 歐洲ENV 1991荷載模型

歐洲公路橋梁交通荷載規(guī)范有4種荷載模型。荷載模型1(LM1)有2個(gè)子參數(shù)：雙軸集中力和均布力，相關(guān)參數(shù)如表1所示[17]。每個(gè)荷載均有調(diào)整系數(shù)，與交通量和路線等有關(guān)。ENV的荷載模型2(LM2)為單軸荷載和均布荷載的組合。其中單軸荷載標(biāo)準(zhǔn)值為400 kN。荷載模型3和荷載模型4用于整體和局部驗(yàn)算，適用于短暫狀態(tài)設(shè)計(jì)。歐洲ENV?LM2 車(chē)輛荷載模型見(jiàn)圖3。

P/kN：1—大于554；2—小于554。 U/(kN·m?1)：3—混入率為2.4%的重車(chē)； 4—混入率為7.4%的重車(chē)；5—混入率為29.6%的重車(chē)； 6—混入率為100.0%的重車(chē)。

表1 歐洲ENV?LM1荷載模型的參數(shù)

圖3 歐洲ENV?LM2 車(chē)輛荷載模型

1.3 英國(guó)BS5400荷載規(guī)范

英國(guó)BS5400荷載規(guī)范的公路橋梁交通荷載由HA和HB這2種荷載組合而成，基準(zhǔn)期為120 a。其中，HA荷載由120 kN的集中荷載與均布荷載組成。當(dāng)加載長(zhǎng)度小于30 m時(shí)，均布荷載＝30 kN/m；當(dāng)＞30 m時(shí)，=151?0.475kN/m；但當(dāng)橋梁跨度較大時(shí)，不應(yīng)低于9.0 kN/m；當(dāng)跨徑＜30 m時(shí)，應(yīng)采用HA荷載描述雙車(chē)道上每個(gè)車(chē)道緊密布置240 kN的車(chē)輛荷載。英國(guó)最新規(guī)范的均布荷載為

其中：為橋梁荷載影響線中不利區(qū)域的所有長(zhǎng)度的總和，而并非橋梁的跨徑。車(chē)道寬度為3.65 m，針對(duì)大跨度橋梁，1車(chē)道和2車(chē)道的折減系數(shù)為1.0，其余車(chē)道的折減系數(shù)為0.6。需說(shuō)明的是：HA荷載是英國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)荷載，包含了英國(guó)境內(nèi)的所有車(chē)輛荷載類型。

1.4 我國(guó)D60—2015橋梁汽車(chē)荷載模型

我國(guó)新版的JTG D60—2015“公路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范”采用公路?Ⅰ級(jí)和公路?Ⅱ級(jí)這2種荷載設(shè)計(jì)模型，根據(jù)橋梁所在公路等級(jí)進(jìn)行劃分。其中，高速公路、國(guó)道和一級(jí)公路及二級(jí)公路采用公路?Ⅰ級(jí)汽車(chē)荷載設(shè)計(jì)模型，其余采用公路?Ⅱ級(jí)荷載設(shè)計(jì)模型。該荷載在公路?Ⅰ的標(biāo)準(zhǔn)值基礎(chǔ)之上乘以0.75的折減系數(shù)。公路?Ⅰ級(jí)車(chē)道荷載的加載圖式如圖4所示。

圖4 我國(guó)D60—2015公路車(chē)道荷載模型

圖4所示的公路?Ⅰ級(jí)汽車(chē)荷載模型的集中力變化范圍為270~360 kN，對(duì)應(yīng)于橋梁變化范圍為5~50 m；跨度大于50 m的橋梁的集中力標(biāo)準(zhǔn)值為50 m，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為10.5 kN/m。集中力加載至橋梁影響線的最大值處，均布荷載加載至橋梁不利的影響線區(qū)域，在計(jì)算剪力時(shí)，集中荷載應(yīng)乘以放大系數(shù)1.20。

除了車(chē)道荷載之外，我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范還制定了標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載，該車(chē)輛的橫向布置如圖5所示。在橋梁的車(chē)道數(shù)量大于3時(shí)，便考慮車(chē)輛荷載的橫系折減，其中，第3，4和5車(chē)道的橫向折減系數(shù)分別為0.78，0.67和0.60。

圖5 我國(guó)JTG D60—2015車(chē)輛荷載模型

通過(guò)分析上述各國(guó)的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型可以看出：每個(gè)國(guó)家的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)有所不同，但車(chē)輛荷載的設(shè)計(jì)加載模式相似，主要表現(xiàn)在集中力加載和均布力加載方面。在標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛的軸質(zhì)量方面，美國(guó)與中國(guó)的軸質(zhì)量相似，約為14 t；英國(guó)的軸質(zhì)量為22 t。

2 基于實(shí)測(cè)車(chē)流數(shù)據(jù)的橋梁極值分析方法

2.1 極值理論與標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系

我國(guó)GB 50153—2008“工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)可靠作用標(biāo)準(zhǔn)值的確定有明確規(guī)定。將車(chē)輛荷載作用看作平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程模型，則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值可采用簡(jiǎn)化的隨機(jī)變量描述，大多數(shù)可變作用可假定為極值I型分布即Gumbel分布?；谄椒€(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程模型，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值概率分布函數(shù)F()可表示為[18]

式中：()為車(chē)輛荷載作用效應(yīng)的截口分布；為橋梁生命周期內(nèi)該荷載效應(yīng)的出現(xiàn)次數(shù)。可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值k由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布特征值計(jì)算得出，即代表了荷載效應(yīng)概率的分布，表達(dá)式為

此時(shí)，荷載作用效應(yīng)的概率意義即為在橋梁設(shè)計(jì)生命周期內(nèi)該數(shù)值被超載概率為1?。

2.2 基于實(shí)測(cè)車(chē)流數(shù)據(jù)的橋梁極值外推方法

基于實(shí)測(cè)車(chē)流數(shù)據(jù)對(duì)大跨橋梁車(chē)載效應(yīng)極值外推分析的關(guān)系步驟在于建立車(chē)輛荷載效應(yīng)的極值概率模型F()。為此，本文提出基于實(shí)測(cè)車(chē)流的極值概率分析框架，如圖6所示。

圖6的關(guān)鍵分析步驟如下：1) 對(duì)過(guò)濾后的車(chē)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；2) 采用Monte-Carlo抽樣方法生成隨機(jī)車(chē)流樣本；3) 將隨機(jī)車(chē)流加載至橋梁影響線，計(jì)算隨機(jī)車(chē)流作用下橋梁的日最大荷載效應(yīng)值；4) 將大量的日最大荷載效應(yīng)值放至Gubmel圖中，由GEV(廣義極值分布)函數(shù)對(duì)極值樣本值進(jìn)行擬合；5) 給定重現(xiàn)期，外推荷載效應(yīng)極值，或者在給定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值的前提下，對(duì)設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)的重期期進(jìn)行校準(zhǔn)。

需說(shuō)明的是：由于橋梁結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)分析采用了靜力影響線方法，其計(jì)算耗時(shí)可忽略。采用盡可能多的隨機(jī)車(chē)流樣本數(shù)據(jù)(如1 000 d)以提高GEV函數(shù)擬合與外推精度。

圖6 隨機(jī)車(chē)流作用下橋梁極值外推分析框架

3 算例分析

為了分析模擬隨機(jī)車(chē)流與各國(guó)規(guī)范作用于中大跨徑橋梁的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，選取20~40 m的T梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，分析?shí)測(cè)交通荷載作用，模擬隨機(jī)車(chē)流荷載效應(yīng)值特征，據(jù)此校驗(yàn)各國(guó)設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型。

3.1 車(chē)流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本文所采用的WIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源于四川省某高速公路的WIM系統(tǒng)[19?20]。自2012年開(kāi)始，該系統(tǒng)已監(jiān)測(cè)5 a的車(chē)流數(shù)據(jù)。2017年的日平均車(chē)流量約為 8 500輛，貨車(chē)占有率約為12%，貨車(chē)超載率約為21%。對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與統(tǒng)計(jì)分析，將車(chē)輛劃分為6種車(chē)型，根據(jù)車(chē)距劃分密集車(chē)流和稀疏車(chē)流。圖7所示為6軸貨車(chē)總重力與密集車(chē)距的概率分布。

圖7中，6軸貨車(chē)總重力由3參數(shù)的高斯混合模型擬合，車(chē)距的概率分布由Gamma分布函數(shù)擬合。

3.2 簡(jiǎn)支T梁橋內(nèi)力分析

交通運(yùn)輸部的“公路橋梁通用圖”中，裝配式PC簡(jiǎn)支T梁橋的結(jié)構(gòu)尺寸如圖8所示，其中，b為主梁高度?？紤]橫向雙車(chē)道荷載效應(yīng)，由各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算的1號(hào)梁的彎矩效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值(k)如表2與圖9所示。

(a) 6軸貨車(chē)總重力；(b) 密集車(chē)距

圖8 簡(jiǎn)支梁的結(jié)構(gòu)尺寸圖

表2 簡(jiǎn)支T梁橋的車(chē)輛荷載彎矩標(biāo)準(zhǔn)值

規(guī)范：1—AASHTO；2—Eueocode3；3—BS5400； 4—JTG D60—2015。

從表2與圖8可知：各國(guó)車(chē)輛荷載設(shè)計(jì)模型的標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)T梁產(chǎn)生的彎矩變化趨勢(shì)相同，且隨著跨徑增大，彎矩效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值逐步增加。但各荷載效應(yīng)標(biāo) 準(zhǔn)值有所不同，主要表現(xiàn)在：歐洲Eueocode3規(guī)范和英國(guó)BS5400規(guī)范的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值遠(yuǎn)大于中國(guó) JTG D60－2015規(guī)范和美國(guó)AASHTO荷載規(guī)范值。

采用如圖6所示的分析方法，計(jì)算實(shí)測(cè)車(chē)流作用下1號(hào)梁的彎矩，如圖10所示。

圖10 簡(jiǎn)支T梁橋跨中彎矩時(shí)程曲線(L=40 m)

3.3 簡(jiǎn)支T梁橋的極值概率分析

基于如圖10所示的車(chē)流荷載效應(yīng)分析結(jié)果，取 1 000 d的隨機(jī)樣本最大值，擬合GEV分布函數(shù)，如圖11所示。其中，極值概率曲線參數(shù)為：形狀參數(shù)=0.278，位置參數(shù)=3215，尺度參數(shù)=658。

圖11 極值分布與外推

由圖11可知：GEV分布函數(shù)的擬合曲線與日最大樣本值較吻合，表明擬合的極值分布函數(shù)能夠代表樣本點(diǎn)進(jìn)行外推分析。1 000 a重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)于Gumbel累積分布函數(shù)值為12.43，對(duì)應(yīng)于100 a內(nèi)的概率約為90%，外推極值為4 260 kN·m。

根據(jù)如圖11所示的GEV函數(shù)，對(duì)各國(guó)設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行校驗(yàn)，可得到表2中標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的概率分布函數(shù)，即可轉(zhuǎn)換為如表3所示的重現(xiàn)期。

表3 設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載效應(yīng)的重現(xiàn)期

分析表3可知：歐洲規(guī)范的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載的重現(xiàn)期最大，設(shè)計(jì)最保守；英國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載的重現(xiàn)期次之，設(shè)計(jì)較保守；美國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載重現(xiàn)期最小，小于1 000 a；我國(guó)設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載模型的重現(xiàn)期介于1 000~5 000 a，小跨徑橋梁重現(xiàn)期較小，而大跨徑橋梁的重現(xiàn)期較大。

為了分析設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值的概率保證水平，將如表3所示的車(chē)輛荷載效應(yīng)重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換為橋梁運(yùn)營(yíng)期(100 a)的失效概率，如表4所示。

在我國(guó)實(shí)測(cè)車(chē)流荷載作用的概率模型下，各國(guó)規(guī)范的汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的重現(xiàn)期和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的概率保證水平有所不同，主要表現(xiàn)在：歐洲Eueocode3規(guī)范和英國(guó)BS5400規(guī)范設(shè)計(jì)較保守，而美國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)荷載偏于不安全，我國(guó)荷載規(guī)范的可靠概率為92.5%~97.8%。事實(shí)上，各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的荷載模型均由當(dāng)?shù)氐钠?chē)荷載概率特征制定，基于我國(guó)的車(chē)流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)國(guó)外設(shè)計(jì)荷載規(guī)范的校驗(yàn)結(jié)果僅用于對(duì)比分析。

表4 簡(jiǎn)支T梁橋車(chē)輛荷載彎矩標(biāo)準(zhǔn)值的可靠概率

4 結(jié)論

1) 隨機(jī)車(chē)流荷載模型包含實(shí)際車(chē)流的概率信息，可用于建立橋梁車(chē)載效應(yīng)極值概率模型，為校驗(yàn)國(guó)內(nèi)外車(chē)輛荷載模型提供了保障。

2) 歐洲Eueocode3規(guī)范和英國(guó)BS5400規(guī)范的設(shè)計(jì)車(chē)輛荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值遠(yuǎn)大于中國(guó)JTG D60—2015規(guī)范和美國(guó)AASHTO荷載規(guī)范值，隨著橋梁跨徑增加，車(chē)輛荷載效應(yīng)差異更加明顯。

3) 針對(duì)我國(guó)交通荷載現(xiàn)狀，歐洲Eueocode3規(guī)范與英國(guó)BS5400規(guī)范設(shè)計(jì)車(chē)輛車(chē)輛荷載模型的重現(xiàn)期趨于無(wú)窮大，而美國(guó)規(guī)范的重現(xiàn)期小于1 000 a，我國(guó)JTG D60—2015的設(shè)計(jì)車(chē)道荷載規(guī)范的重現(xiàn)期為 1 000~4 000 a。

本文僅采用國(guó)內(nèi)某高速公路的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有待采用多個(gè)省份的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)本文的分析結(jié)果。此外，有待進(jìn)一步研究車(chē)輛?橋耦合振動(dòng)對(duì)荷載效應(yīng)極值外推結(jié)果的影響。

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(編輯 陳燦華)

Calibration of design vehicle load model of highway bridges based on long-term monitored traffic flow

XIAO Xinhui1, 2, CHEN Ying3, LU Naiwei2

(1. Institute of Communications Science, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China; 2. Hunan Province Engineering Laboratory of Bridge Structure Safety Control, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China; 3. Foreign-related College, Central south University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

In order to calibrate the existing design vehicle load models based on the native vehicle load, an approach was presented for extrapolating extreme vehicle load effect of bridges under stochastic traffic flow loads. A stochastic traffic load model was established based on the long-term weigh-in-motion measurements of a highway bridge in China. The extreme traffic load effects of a simply supported T-girder bridge was analyzed. Based on the numerical results, several national and abroad design vehicle load models were calibrated. The results show that the standard values of the design vehicle load effect in Eurocode3 code and the British BS5400 code are much higher than those of Chinese JTG D60—2015 code and the British BS5400 codes. Based on the current traffic condition in China, the return period of the standard vehicle load model in Eurocode3 and Bridge BS5400 codes tend to be infinite. The return period of the American code is less than 1 000 a, while that of the Chinese JTG D60—2015 code is between 1 000?4 000 a.

bridge engineering; vehicle load; extreme value; random traffic flow

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.11.028

U441+.4；U448.25

A

1672?7207(2018)11?2861?07

2017?11?12；

2018?01?22

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB057705)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308073)；長(zhǎng)沙理工大學(xué)橋梁工程領(lǐng)域開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(18KD02) (Project(2015CB057705) supported by the National Basic Research Program(973 Program) of China; Project(51308073) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(18KD02) supported by the Opening Fund in Bridge Engineering of Changsha University of Science and Technology)

陳英，碩士，講師，從事結(jié)構(gòu)可靠度評(píng)估研究；E-mail: 879229586@qq.com