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基于WIM数据的高速公路桥梁汽车荷载动态模型和限载分析
| 论文题名： | 基于WIM数据的高速公路桥梁汽车荷载动态模型和限载分析 |
| 关键词： | 公路桥梁;车流荷载;时空演变;桥梁限载系数;动态称重数据 |
| 摘要： | 公路车流荷载模型是路桥结构设计及安全评估等检算的基础。由于车流荷载存在显著的时空演变性和差异性，建立准确有代表性的荷载模型依赖于对车流荷载时空演变特征及规律的把握。为获得高速公路车辆荷载的时空演变特征及规律模型，基于动态称重（WIM）数据对多条高速不同车道上的车型、车头间距、车重、车速等分布特征进行概率统计分析，并基于极值理论对不同车道的车重极值进行了外推，进一步分析了荷载效应。采用相关性分析理论与谱分析方法对数据时间相关性展开研究，获得了不同车道高速车流的时间演变特征。最后，根据车辆荷载动态模型提取车流参数，编制出动态车流模型，并计算出车流模型作用下30m简支梁桥的限载系数。 研究表明：在空间上，各车道的车型概率分布不同，单向2车道高速公路的车型具有明显两层式分布概率，单向3车道高速公路慢车道上3轴及以上车的选择概率均高于0.4，而2轴车的选择概率约为0.15。车重横向分布满足由内侧车道向外侧递增的规律，慢车道同车型平均车重约为快车道的1.3-2.0倍；慢车道车重概率密度分布呈厚尾和长尾特征，而快车道的则呈单峰分布。荷载效应极值外推结果显示：慢车道弯矩效应约为快车道的1.3-1.4倍，为中间车道的1.1-1.2倍，跨中弯矩效应值由内侧车道向外车车道递增；多车道高速公路汽车荷载横向折减系数比规范值均有所提高。在时间上：随着时间的延长，车流各参数自相关度逐渐减弱，且单向2车道高速公路的时间自相关度高于3车道。以周为连续时间段，对不同高速公路实测交通量、车速和车重采用谱分析法显示各参数存在显著的时间周期和空间相似性。时间上，各参数呈现减-增-减的周期性变化，周期约为24h；空间上，同一参数的振幅在内外侧车道存在横向分布差异。对各工况作用下简支梁限载系数的计算结果显示，动态车流模型作用下简支梁截面限载系数值与实际车流的限载系数大小相当，且大于设计规范荷载作用下的限载系数。 本文深入分析了车流的各参数在不同车道上的变化规律，并进一步外推预测了典型地区不同车道的荷载极值与其荷载效应差异，挖掘提取交通流及荷载在时间与空间上的分布特征及演变规律。结果有助于掌握汽车荷载的时空演变特征，为车流荷载模型合理地考虑车流的这种时空演变性提供较明确的理论依据。 |
| 作者： | 阮陆权 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 赵少杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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