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桥梁动态称重系统数据分析的7个层次


1.概述

? ?《公路桥梁结构监测技术规范》(JT/T 1037-2022)关于桥梁健康监测需要选择的监测内容中,车辆荷载监测是必选项。桥梁动态称重系统WIM作为车辆荷载监测的首选工具,积累了大量的车辆荷载监测数据,但是,很多使用者仅仅将其作为识别桥上车辆超载的工具,没有充分挖掘车辆荷载数据带给桥梁健康更深层次的应用价值。

? ? ?结合笔者的研发实践经历,WIM 数据用于评估桥梁上的交通负荷可用于以下7个层次:
1)车辆超载及车辆情况统计;
2)评估重型车对桥梁的影响;
3)疲劳寿命计算和评估;
4)重新评估即有桥梁的安全状态;
5)验证桥梁设计规范;
6)特殊桥梁结构设计的荷载作用修正;
7)不封闭交通更换吊索施工
1.桥梁上车辆超载及车辆情况统计

? ? ? ?WIM对桥梁上车辆超载及车辆情况统计分析,管养人员根据超载情况对大桥重车采取相应的管控措施,这是目前桥梁动态称重系统的主要应用。

基于WIM数据的车辆超载及统计分析

(以上软件来源于未来桥?桥梁动态称重系统智能管理软件平台)

2. 重型车对桥梁的影响评估

? ? WIM 系统记录的交通数据提供了给定位置和给定时间的真实交通情况。重型车重量和尺寸的任何变化的影响都可能对大桥造成较大的影响。
? ? ? 武汉军山长江大桥为主跨460 m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,中铁大桥科学研究院于2011年安装了桥梁动态称重系统.该桥通行多为重车,并时有超载现象出现.为了解重车过桥结构性能,评判重载对结构的影响程度,基于该桥上安装的桥梁动态称重系统和监测系统,对2辆载重178 t的重车先后通过该桥的主梁位移,桥塔偏位,主梁应力,索力进行了全程采集,并与有限元计算值进行对比分析.

3. 疲劳寿命评估

? ? 交通荷载会引起重复的应力循环,这些循环可能会引发裂缝扩展,直到部分失效或桥梁倒塌。使用 WIM 数据和影响线,计算应力循环的“雨流”直方图,然后与 Miner 模型中的疲劳 (S-N) 曲线相结合,以评估给定细节的整个寿命或给定细节的失效概率寿命(概率方法)。

4. 重新评估现有桥梁安全状况

? ? ?现有桥梁的安全需要定期评估其承载能力和交通负荷,尤其是在结构损坏或结构老化的情况下。应用桥梁设计规范荷载可能会导致结构不安全的错误结论,因为这些荷载包含安全裕度,因此可能远大于实际交通荷载。此外,旧桥的设计采用以前的规范和较低的设计载荷。然而,它们的剩余寿命远低于新桥的寿命,并且它们受到更频繁的监测和检查。相反,在某些情况下,交通负荷急剧变化,可能需要加强检查。在所有情况下,都需要通过 WIM 准确了解当前的交通负载,并且对于疲劳重新评估,需要整个交通负载历史。

5.?验证桥梁设计规范
? ? 最初在桥梁规范中考虑的设计荷载是相当人为的,远远高于实际的卡车荷载,主要是因为桥梁是根据自重(静载)设计的,没有准确计算。自 20 世纪以来,基于先进的有限元计算技术发展设计了更轻的桥梁结构,但超载车也日益增多。因此,更多地考虑了桥梁的设计荷载。通过半概率方法(荷载和安全系数),新的桥梁荷载规范使用实际总重量和轴载分布进行设计和校准(例如国外的安大略桥梁规范(1978 ),欧洲规范 (1991-2)。

? ? 在不同路线和长时间内收集的 WIM 数据可以得出可靠的概率分布。例如,具有给定重现期(例如,欧洲规范中的交通负载为 1000 年)的极端负载的计算,是通过外推法从 WIM 数据中得出的,以校准设计荷载。

6 特殊桥梁结构设计荷载修正

? ? 设计规范如关于桥梁交通荷载的欧洲规范 1991-2适用于标准结构。但是,出于经济和安全的原因,跨度超过 200 米的桥梁或其他特殊结构需要准确而详细的设计。使用真实且经过调整的 WIM 数据可以进行优化设计或在役验证。通过WIM数据进行优化设计的大跨度悬索桥或斜拉桥的案例包括:丹麦的Storebaelt 桥、英国的Severn 桥、法国的Millau 高架桥和诺曼底桥、日本的Akashi 和Tatara 桥等。

基于WIM数据的疲劳车推导

(摘自论文《西南山区高速公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究》,作者李星新等)

7 不封闭交通更换吊索施工

? ?本节内容详见已发表文章:桥梁动态称重系统助力不中断交通更换吊索



--以下为未来桥?桥梁动态称重系统产品介绍--


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