基于概率统计的桥梁重车模型研究

□文/杜建涛 刘 野

汽车荷载包括汽车产生的冲击力、离心力、制动力等作用，其作为公路桥梁的可变作用，在桥梁设计中占有重要地位[1]。现行桥梁设计规范中汽车荷载规定虽然是在大量统计结果和实测数据基础上得到的，但是汽车荷载是变异性很大的随机变量，若桥梁处于重载交通环境下，规范标准的适宜性会突显不足，故需要结合实际交通状况进行调查分析，对桥梁的实际汽车荷载模型进行修正，使其更真实地反映桥梁运营状况，准确评定桥梁承载能力[2]。

1 实际交通量调查[3～4]

通过在高速公路收费站的计重收费系统设采集装置，按车型、轴型对通过车辆进行统计。

根据统计结果，将车辆进行分类：1单轴单胎、2单轴双胎、3双联轴单胎、4双联轴单胎、4双联轴双胎、5双联轴双胎、6三联轴单胎、7三联轴双胎。

车型按照其轴载组成进行定义，将车辆所有的轴型从车头到车尾顺序排列。例如12型客车指由一个前轴（1型轴）和一个2型轴组成的车；125型车指由一个前轴（1型轴）、一个2型轴和一个5型轴组成的车。

对收费站6月的交通数据作为样本进行统计。

1.1 客货车

客货车的统计数据见表1和表2。

从表1和表2可以看出，该高速公路是一条以货车为主的公路，货车数量是客车数量的2～5倍。

1.2 车型

对出入口收费站通行车辆的车型统计，见图1和图2。

由图1和图2可以看出，目前该高速公路通行的主要车型为 157、1127、11、12、115、127、112、15。

表1 出站口客货车数量（月平均值）

表2 入站口客、货车数量（月平均值）

图1 出站口车型统计（月平均值）

图2 入站口车型统计（月平均值）

1.3 车重

将过往高速公路上下行车辆按5档进行划分并统计数量。见表3和表4。

2 数据分析[5～6]

基于统计结果，6轴车占车辆总数的40.5%，其中出站口157和1127车型占60 t以上档次中的比例分别为0.658和0.284，入站口车辆157和1127车型占60 t以上档次中的比例分别为0.619和0.322。157车型与1127车型均为6轴车型，两种车型比例和＞0.94，故选取6轴车的样本进行统计分析，样本总数为1 026。

表3 出站口车质量档次划分及统计（月平均值）

表4 入站口车质量档次划分及统计（月平均值）

假设车质量服从正态分布

式中：xi为样本值；为样本均值，n 为样本总数。将车质量以为中心，以6 t为间隔在 [60,112]划分9个区间（ai，ai+1]，每个区间在正态分布下的概率

经过计算分析，将6轴车总重的a=0.05上侧分位数的值取整后为807.5 kN，是汽车-超20级重车荷载550 kN的1.5倍。

3 车辆模型的建立

由于157车型比1127车型更普遍，故选取157车型的纵向轴间距及其横向间距作为车辆荷载模型的轴间距及横向间距，由各轴重与总重的比例关系确定出各轴重的数值，建立的实际车辆荷载模型纵向布置，见图3。实际车辆荷载的横向布置依据规范中汽车超-20荷载的横向布置相同，见图4。

图3 车辆荷载的纵向布置

图4 车辆荷载的横向布置

4 结语

本文研究的路段桥梁设计荷载为汽车超-20级，根据本文分析结果，对原设计荷载中重车进行修正，调整后重车总重为原设计规范规定总重的1.5倍。通过对荷载的修正，可以更准确的确定桥梁车辆荷载效应，对评估桥梁安全储备，进而指导养护提供更加合理的依据，为其他高速桥梁能够更好的安全运营提供借鉴的意义。