文摘
在云南和其他高原山区,水电和矿产资源丰富,有相对多的用于大型水电设施的运输车辆。广泛的车辆超载现象会导致严重的疲劳的司机。然而,并没有参考车辆载荷谱疲劳分析的现有研究。桥梁健康监测无线传感技术的应用有利于整个监控系统的低成本和智能发展。在这项研究中,无线传感器是用来测量地区收集传感数据并进行初步过滤处理。所收集的数据传感层聚合在TD网关层实现本地短期存储的监控数据,和3 g无线传输用于数据的有效处理。使用聚类方法对车辆进行分类模型基于调查最具代表性的云南高速公路交通流信息。此外,加权概率分布模型通过统计分析,建立了不同的车辆模型,简化了结构的疲劳强度谱模型。选择5等效模型的车辆,后跟一个six-axle车辆对桥梁损伤的最重要影响标准疲劳车。研究结果建立一个基础在高原和山区公路桥梁疲劳设计和提供数据建立在国家公路地区车辆疲劳载荷谱。
1。介绍
近几十年来,中国经济的快速增长,道路交通车辆的数量和重量发展日新月异。桥事故造成的疲劳损伤的车辆逐年增加,和疲劳问题吸引了越来越多的公众的注意。因为移动交通桥梁结构的主要疲劳载荷,疲劳载荷谱的正确选择汽车的关键是合理预测桥梁结构的疲劳寿命。
疲劳载荷谱的车辆或标准疲劳车模型可用于疲劳分析很久以前在国外,例如,规范对于疲劳实现,BS5400桥的第10部分标准(1英国在1978年发行的)。这个模型制定负载频谱适用于公路钢桥在英格兰对统计数据的车辆卡车公路桥梁。AASHTO负载和阻力系数设计(LRFD)制定钢桥疲劳规范的第一版的基础上美国焊接学会的古德曼图和标准疲劳车模型适用于美国公路桥梁规范[长大的2]。six-axle汽车重达445公斤的牛顿(kN)总共被选中作为标准疲劳车进行疲劳设计是提高公路桥梁和涵洞通用代码设计(JTG d60 - 2015) [3在中国)。与此同时,在中国很多学者进行研究车辆的疲劳载荷谱。王等人进行了调查,研究了恒富路段的交通量在广州市内环公路和构建fatigue-loaded车辆模型在广州城市高架桥。苏等人进行了调查和统计分析在天津市外环道路的交通量和工作疲劳载荷谱适用于公路桥梁在天津的城市。勒等人把桥在上海市某路段作为研究对象进行统计分析,通过现场调查交通和制定疲劳载荷谱疲劳设计在上海城市道路桥梁。邵等人的研究结果提供抗疲劳设计的桥梁和评估的疲劳寿命与可靠的车辆载荷谱的基础上调查车辆负载的九江长江大桥(4]。江等人带矮寨大桥Jicha高速公路为工程背景,进行了一个随机负荷调查研究获得车辆的随机载荷谱的矮寨大桥(5]。王等人建立了疲劳载荷谱的梁桥梁道路货运通道质量流量和沉重的负荷。然而由于中国地域辽阔,不同地区经济发展和交通运行条件的地区有很大的不同。疲劳载荷谱获得的结果调查不同地区没有普遍适用性。因此,云南高原山区,如不能直接适用的其他地区的疲劳载荷谱。具体区域交通状况结合制定车辆疲劳载荷谱与地区代表性(6]。
为了建立疲劳载荷谱的车辆在高速公路上,这项工作的主要贡献如下:G56公路交通流信息进行调查(昆明到宝山路Hangzhou-Ruili公路部分),和获取交通流的随机分布特征的统计分析。其次,t形梁桥梁的跨度30米,这是最具代表性的桥式云南省公路,采用疲劳寿命分析。最后,建立了疲劳载荷谱的车辆通过等效的原则。与此同时,six-axle卡车最大贡献确定疲劳损伤的标准疲劳车模型简化疲劳分析(7]。
2。交通调查和统计
在这个工作中,无线传感器网络(WSN)是用来累积流量数据。传感器网络是一组专用的无线传感器监测和记录环境的物理条件和组织收集到的数据在一个中央位置。网络测量环境条件如温度、湿度、风、等等。传感器网络无线ad hoc网络类似,他们依靠无线连接。合作网络空间分布自治传感器,将数据通过网络传递给主要的位置(8]。
由于动态称重G56公路上无线网络传感系统(昆明宝山路部分),观察来往车辆1月1日,2015年,已经9440年24小时获取交通流数据的汽车。数据信息包括交通流量、车辆模型,和体重。一般来说,全天的交通流信息遵循一定的规则。交通流量已逐渐从早上4点,上升达到第一个高峰在早上11点钟。交通流后午餐时间略有下降但中午14点开始复苏。它到达第二个峰值,直到下午18点。数值的两座山峰没有巨大的差距,约600辆。夜幕降临后,第二个峰值和交通流渐落,然后3点钟到达最小值在第二天上午9]。
参照汽车模型(10)和针对参数包括轴的数量,数量的车轮,轴距,车重,交通数据的统计,统计发现,主要有26个汽车模型。之后,车辆分为5个典型车辆模型的聚类方法(11]。群集索引,分别选择轴的数量,数量的车轮,整体体积,毛重,损失系数、最小离地间隙,车辆换算因子。分类结果如表所示1。
在表1,有6087 1型车辆占用车辆总数的64.5%;有501 2型汽车占汽车总量的5.3%;有1516 3型汽车占汽车总量的16.1%;有107个类型4汽车占汽车总量的1.1%;有1227 5型汽车占汽车总量的13%。
3所示。Fatigue-Loaded车辆模型
3.1。比例的汽车模型
为了使交通流量的比例在模拟环境中更实用,计算统计结果如表所示2。这个想法是基于统计每个模型的车辆数量和被排除在小型车辆(重达3吨的经验)6)与桥梁疲劳损伤相对较少。括号中的百分比代表的比例,车辆总数的交通流模型。车辆包括在分类和生产总值(gdp)的比例为86.4%。
3.2。车重
交通流的随机分布的车重数据有几个模式包括正态分布、对数正态分布、威布尔分布、伽玛分布和高斯混合分布。本文分别假设车重数据遵循上述五个分布模式。此外,它利用最大参数估计方法如可能性方法或其他近似公式来估计相对参数的分布。这也使得分布符合所有的测试根据Kolmogorov-Smirnov任何跟考试有关的理论假设检验找到合适的分布格局和获取为每辆车车重分布的概率密度函数模型。Kolmogorov-Smirnov(钴)测试(12)是用来决定是否一个样本来自一个与一个特定的人口分布。钴的测试是基于经验分布函数(ECDF)。以汽车的重量数据统计分析获得分布格局及其概率分布参数为每个车辆随机交通流模型。请检查具体数值表3。π我,μi,σi表中表示权函数,均值和方差。我高峰,分别。表所示3,除了1型车辆模型服从对数正态分布,其余四种类型的车辆模型服从混合正态分布。
3.3。轴距
轴距测量获得的数据样本的上述类型的车辆模型从现场获得的交通调查。均值和标准偏差(架)的轴距不同车辆模型如表所示4。轴1代表的距离第二车辆轴第一车辆从汽车头尾轴的方向。其余的数据是用类似的方式。
3.4。轴荷
根据陈的研究,轴荷线性近似关系(13与车重)。 在哪里W代表车重,代表的重量。我轴,和的系数。摘要车辆车轴重量和重量之间的线性关系是遗传的,和线性关系的系数估计的基础上测量车辆数据。不同的车辆模型的系数如表所示5。
3.5。疲劳分析基于测量车辆模型
为了验证上述测量fatigue-loaded车辆模型的适用性,代表桥预应力混凝土简支t形梁的截面选择从昆明到宝山G56高速公路上进行疲劳分析。这个测试让相关疲劳分析的随机流加载。
3.6。随机交通仿真
基于上述测量fatigue-loaded车辆模型,本文利用蒙特卡罗方法模拟的随机车流通过Fortran语言编程。随机车辆流模拟程序的流程图如图1。
3.7。分析疲劳响应
上述随机交通流仿真程序是用来加载中跨的时刻简单支持t形梁的影响线获得的历史负荷响应效应下24小时随机交通流图2。“排水法”(14)是利用计数统计响应的历史。请检查载荷幅值的统计直方图分布在图3。有效循环的总负载指数振幅2357倍。反应中跨的时刻T梁在车辆的随机图所示2。
3.8。疲劳损伤积累
疲劳载荷引起的随机交通流穿过桥属于变量疲劳载荷振幅和通常转化为等效疲劳载荷振幅计算(9在项目中)。根据定义,疲劳累积损伤等效负荷产生的振幅ΔSeq由可变负荷,振幅相等的循环索引相同的函数,如下所示。
的公式,D代表了组件的破坏程度在疲劳载荷的影响。它的值为1表示组件疲劳失效。倪荷载振幅Δ表示动作的组件年代我,N我代表疲劳寿命下的组件加载幅度Δ的效果年代我,代表组件的等效荷载疲劳解除振幅Δ年代情商,代表总行动变幅加载。疲劳寿命之间的近似关系N和加载幅值通常是所描述的 在组件和疲劳分析C和米是两个疲劳曲线参数。如果和由Δ年代我和Δ年代情商的公式,分别计算等效负荷振幅将如下:
在文本的分析,加载幅度Δ年代我指Δ米,中跨时刻t形梁的振幅。根据假设钢筋混凝土结构的受力分析,主要抗拉钢筋的等效应力振幅Δ中跨的桥梁σ情商(15)如下:
的公式,E年代和E年代是钢筋混凝土的弹性模块;Δ米情商相当于弯矩幅值中跨t形梁;y是钢筋位置和中跨截面形心之间的距离;和我是中跨截面惯性矩。
参照)曲线提出了梅森,本文分析了在混凝土桥梁疲劳损伤积累的增援部队。年代- - - - - -N曲线如下。
当跨度超过10米(主要考虑到钢筋焊接),采用下面的公式计算。
公式(3)- (5)是利用计算等效应力振幅桥增援和疲劳寿命相应的有效应力振幅。假设交通流在整个设计基础期限内没有明显的变化。它可以根据日常交通量和上述计算疲劳寿命的等效应力振幅的疲劳损伤程度桥增援部队在100年是0.1045设计基础。
3.9。制定实用的疲劳车辆荷载模型的频谱
每辆车模型的等价表1是通过经典等效原理(等效的轴荷和等价的轴距)(16,17)变换表1实际频谱的疲劳车辆荷载模型5车辆模型。请检查表的光谱6。
4所示。测定标准疲劳车
为便于工程计算,向above-obtained疲劳损伤等效是由车辆载荷谱包含5车辆模型来简化模型的疲劳车辆。随机交通流仿真程序,以前编译略有调整现在使随机交通流成为车队用同样的重量和轴距只有1类型和计算疲劳损伤的程度由每种类型的疲劳车辆模型在表6中跨混凝土和钢筋的t形梁。以上学历之间的比较是由疲劳损伤,造成实际交通流部分3所示。3选择1类型与最小差异的损失作为标准疲劳车。比较结果如表所示7。
从比较结果表7下,损伤程度V5疲劳车辆模型和实际交通流造成的损伤程度最小偏差V5被视为标准疲劳车的具体安排如图4(一)。与此同时,数字4也给具体安排在不同规格标准疲劳车。“通用代码”图中标识通用代码公路桥梁和涵洞的设计。标准疲劳车布局如图4。
(一)
(b)
(c)
(d)
每个标准车辆t形梁的影响线加载通过交通流项目及其计算疲劳损伤程度。计算结果和实际交通流造成的疲劳损伤程度t形梁比较,比较结果如表所示8。
从表8,标准疲劳车中提到的“通用代码”和BS5400规范都高估了疲劳损伤造成桥梁云南省实际交通公路,但AASHTO规范低估了桥梁的疲劳损伤。然而,标准的车辆在这个文本相对接近桥梁的疲劳损伤造成云南省实际流量在高速公路上。因此,标准的车辆在本文更适用于云南省公路桥梁的疲劳设计。
5。结论
本文调查和分析云南省G56高速公路的交通量。无线传感器网络是用于收集交通流数据在高速公路上。分析收集到的数据通过无线传感器层实现本地短期存储监测数据,然后有效的处理数据。基于最具代表性的高速公路交通流的调查,应用聚类方法对车辆模型进行分类。此外,重量不同的车辆模型的概率分布模型通过统计分析,简化了疲劳强度谱模型的组合。是观察到的选择5等效模型的车辆随后six-axle车辆对桥梁疲劳损伤影响最大的为标准疲劳车。研究结果为公路桥梁的疲劳设计提供了基础在高原和山区和提供数据的发展在国家公路地区车辆疲劳载荷谱。
数据可用性
分析的数据包括在手稿。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金资助(51568029)。