一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法技术

本发明专利技术公开了一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，包括以下步骤：S1，采集路面的交通流量Q和货车比例P，获取交通速度V；S2，结合“流量‑密度‑速度”模型确定的交通流量Q和交通密度K函数关系Q＝f(K)，根据采集的交通流量Q、货车比例P和交通速度V计算交通密度K；S3，根据交通密度K和货车比例P计算轿车密度K1和货车密度K2；S4，根据轿车密度K1计算轿车荷载集度q1；S5，根据货车密度K2计算货车荷载集度q2；S6，根据轿车荷载集度q1和货车荷载集度q2计算桥梁均布荷载集度q。将桥面均布荷载集度q与规范车辆荷载模型的设计荷载集度qk对比，本方法提供了一种通过交通流宏观参数快速估算大跨径桥梁总体荷载响应的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法
本专利技术涉及交通工程与桥梁工程的学科交叉领域，具体涉及一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应快速估算方法。
技术介绍
车辆荷载作为桥梁运营使用的主要可变作用，是近十年来桥梁工程领域的研究热点。在我国交通运输产业爆发式增长以及越来越多桥梁步入其中后期运营使用阶段的背景下，提高对桥梁实际运营车辆荷载水平的认识，对于确保桥梁结构安全并优化管理养护资源，具有显著的工程意义。目前我国针对桥梁运营车辆荷载及其响应的评估，主要依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)，按照规范汽车荷载模型并考虑实际交通调查形成的交通量、大吨位车辆混入率和轴荷分布进行活载影响修正，该方法物理意义明确、操作简单、便于工程应用，但对于大跨径桥梁而言，这几个修正系数不足以真实反映桥梁的运营车辆荷载水平。信息传感与电子技术发展为采集桥梁车辆荷载信息提供了多种手段，例如收费站称重方法、动态称重技术、桥梁动态称重技术、高清摄像识别技术、健康监测系统等，基于实测车辆荷载数据开展桥梁性能评估成为主流方法，这些方法的应用存在以下特点：(1)收费站称重方法经济性好、操作简单、准确性高，但获取的是静态的且无车道序列的荷载数据，无法真实还原车队的运行情况；(2)动态称重技术可以在不干扰交通情况下获得车队荷载序列各种信息，但获得的是断面测试结果，可用于中小跨径桥梁而难以直接用于大跨径桥梁，需要借助微观车流模拟方法考虑车辆加速、减速、换道等微观行为，而微观模拟计算代价很高，且该测试技术经济代价高、传感器寿命难以保证；(3)桥梁动态称重技术通过车辆通行下的桥梁响应推算车辆荷载信息，主要用于中小跨径桥梁，对于复杂交通行为如多车道多辆车通行难以准确推算，且不能直接用于大跨径桥梁荷载效应分析；(4)高清摄像识别技术可以获得车队在大跨径桥梁上的微观驾驶行为，但缺乏荷载信息需要结合动态称重技术等进行车辆荷载关联，该方法分析精度很高但是计算代价很大；(5)健康监测系统可以直接测试获得桥梁荷载响应状况进行结构性能评估，但是测试结构响应很容易受到环境噪声干扰而无法准确分析真实桥梁响应，且健康监测系统主要应用于重大型桥梁工程。因此，结合实测车辆荷载数据评估桥梁荷载及结构响应水平的方法中，尚需要研发一种具有经济性好、计算效率高、操作简单、实用方便的快速评估方法，能够通过经济简便的方式测试获得桥址处交通荷载信息，快速且较为准确地评估桥梁的荷载及响应水平，满足在线荷载评估及实时结构预警需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，旨在解决目前结合实测车辆荷载数据评估桥梁荷载及结构响应水平方法存在的问题，提供一种基于交通流宏观参数，快速地计算大跨径桥梁运营车辆荷载及其响应水平的方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，包括以下步骤：S1，采集路面的交通流量Q和货车比例P，获取交通速度V；S2，结合“流量-密度-速度”模型确定的交通流量Q和交通密度K函数关系Q＝f(K)，根据采集的交通流量Q和货车比例P并辅以交通速度V计算交通密度K；S3，根据交通密度K和货车比例P计算轿车密度K1和货车密度K2；S4，根据轿车密度K1计算轿车荷载集度q1；S5，根据货车密度K2计算货车荷载集度q2；S6，根据轿车荷载集度q1和货车荷载集度q2计算桥面均布荷载集度q。与现有技术相比，本专利技术公开的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，可以简单快速的估算桥面均布荷载集度q。具体而言，首先确定交通流量Q和交通密度K间的函数关系Q＝f(K)，通过实测交通流量Q、货车比例P和函数关系Q＝f(K)辅以交通速度V确定交通密度K，所述交通密度K根据货车比例P分为轿车密度K1和货车密度K2，根据轿车的车重上限G和轿车密度K1计算轿车荷载集度q1，根据货车车重分布和货车密度K2通过蒙特卡洛抽样计算货车荷载集度q2，根据轿车荷载集度q1和货车荷载集度q2计算桥面均布荷载集度q。该种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法通过交通流量、货车比例和货车车重分布等简单且易准确获取的交通流宏观参数，快速地计算大跨径桥梁的桥面均布荷载集度q。本专利技术仅需要采集交通流量、货车比例和货车车重分布等宏观参数，其中交通流量和货车比例可以通过视频拍照的手段非常准确且快速地实时采集，货车车重分布可以通过车重调查或者收费站称重数据分析事先建立，辅以交通速度用于判断交通流状态，可有效避免车速采集精度问题，提供了一种经济性好、计算效率高、操作简单、实用方便的快速估算方法。进一步，所述的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，还包括步骤S7,将桥面均布荷载集度q与规范车辆荷载模型的设计荷载集度qk对比，估计大跨径桥梁的总体荷载及响应水平。目前规范车辆荷载模型由均布荷载集度qk和集中荷载Pk组成，而大跨径桥梁总体荷载效应主要由均布荷载集度qk反应，因此通过实际推算的桥面均布荷载集度q与规范均布荷载集度qk的比较，可以明确大跨径桥梁的总体车辆荷载及其响应水平。本专利技术通过计算的得到桥面均布荷载集度q，通过将桥面均布荷载集度q与规范车辆荷载模型的设计荷载集度qk对比，可以估计大跨径桥梁的总体荷载及响应水平。将桥面均布荷载集度q直接与规范车辆荷载模型的设计荷载集度qk对比，如果q>qk说明该桥梁车辆荷载水平超过规范设计标准，构件与结构的失效风险显著大，大桥管理部门应该重视。而其中桥面均布荷载集度q仅仅通过交通流量、交通速度、货车比例和货车车重分布等简单且易准确获取的交通流宏观参数，并可以快速计算得到。故而，本专利技术提供的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估计方法，仅需要测量交通流宏观参数，不需要微观信息，故而本专利技术不需要进行微观模拟计算，交通流量和货车比例仅通过视频拍照或者路面线圈便可以非常准确且快速地实时采集，因此本专利技术不存在经济代价高、传感器寿命难以保证、计算代价大等问题。同时，因为本专利技术采集了实时交通流量和货车比例以计算交通荷载集度q，还原车队的通行加载情况，克服了收费站称重方法存在的问题。并且，由于本方法快速估计的桥面均布荷载集度q是具有概率分布的变量，通过确定其一定概率保证率的上限值作为特征值q，可以保证估算的桥面均布荷载集度q不小于实际的均布荷载集度，避免实际均布荷载集度大于规范车辆荷载模型的设计荷载集度qk，却被错误估算为q<qk的情况出现，保证该估算方法的可靠性。故而，本专利技术公开的一种随机车流作用大跨径桥梁荷载响应快速估计方法，提供了一种具有经济性好、计算效率高、操作简单、实用方便的快速评估方法，能够通过经济简便的方式测试获得桥址处交通荷载信息，快速且较为准确地评估桥梁的荷载及响应水平，满足在线荷载评估及实时结构预警需求。附图说明图1为本专利技术一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法流程图1；图2为本专利技术的一个实施例中基于智能驾驶员模型建立的Q-K基本关系图；图3为本专利技术的一个实施例中基于智能驾驶员模型确定的车道最大通行交通量与货车比例的关系；图4为本专利技术的一个实施例中基于智能驾驶员模型确定的车道最大通行交通量下交通速度与货车比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，采集路面的交通流量Q和货车比例P，获取交通速度V；S2，结合“流量‑密度‑速度”模型确定的交通流量Q和交通密度K函数关系Q＝f(K)，根据采集的交通流量Q和货车比例P并辅以交通速度V计算交通密度K；S3，根据交通密度K和货车比例P计算轿车密度K1和货车密度K2；S4，根据轿车密度K1计算轿车荷载集度q1；S5，根据货车密度K2计算货车荷载集度q2；S6，根据轿车荷载集度q1和货车荷载集度q2计算桥面均布荷载集度q。

【技术特征摘要】
1.一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，采集路面的交通流量Q和货车比例P，获取交通速度V；S2，结合“流量-密度-速度”模型确定的交通流量Q和交通密度K函数关系Q＝f(K)，根据采集的交通流量Q和货车比例P并辅以交通速度V计算交通密度K；S3，根据交通密度K和货车比例P计算轿车密度K1和货车密度K2；S4，根据轿车密度K1计算轿车荷载集度q1；S5，根据货车密度K2计算货车荷载集度q2；S6，根据轿车荷载集度q1和货车荷载集度q2计算桥面均布荷载集度q。2.根据权利要求1所述的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21，选择“流量-密度-速度”的曲线模型，根据模型表达确定“流量-密度”曲线关系，得到“流量-密度”曲线的基本形式；S22，确定关键参数的值，根据关键参数值确定交通流量Q和交通密度K间的函数关系Q＝f(K)；S23，根据采集的交通流量Q和货车比例P，依据函数关系Q＝f(K)得到交通密度K的可能取值；S24，辅以非准确获取的交通速度V，确定真实的交通密度K。3.根据权利要求2所述的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，其特征在于，所述关键参数包括，道路通行能力Q0，最大交通流量下的交通密度K0，最大交通流量下的交通速度V0，阻塞密度Kj。4.根据权利要求3所述的一种随机车流作用下大跨径桥梁总体荷载响应估算方法，其特征在于，所述步骤S24包括以下步骤：S241，判断交通速度V是否大于最大交通流量下的交通速度V0，如果是则进入步骤S242，如果不是则进入步骤S243；S242，交通密度K的值取较小的取值；S243，交通密度K的值取较大...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军勇，黄海云，孙卓，张力文，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44