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高速公路桥梁交通荷载调查分析及仿真模拟

作　者: 王涛
导　师: 黄平明；韩万水
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高速公路桥梁交通荷载随机车流统计分析样本检验多梁式桥梁车桥耦合有限元模型修正车重识别仿真模拟
分类号: U441.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

公路交通荷载调查是确定新桥设计荷载、桥梁时变可靠性分析、既有桥梁剩余寿命预测、极限承载能力计算以及随机车流仿真模拟等研究的重要基础之一。随着汽车工业和交通运输行业的迅速发展,车辆荷载较以往发生了很大的变化,交通运输的重心也由国、省道全面向高速公路转变。然而由于目前高速公路交通荷载调查方面基本处于初始研究阶段,系统深入的研究工作较少。因此,选择一条高速公路开展系统全面的交通荷载调查,确定交通荷载的各关键参数,合理地确定车辆荷载模型具有非常重要的意义。本文通过对西宝高速虢镇桥梁现场交通量调查,全面系统的研究了高速公路交通荷载各参数的随机特性及统计规律,提出一种基于有限元模型修正的多梁式桥梁移动荷载识别方法,编制了随机车流仿真模拟程序,建立更符合实际的仿真车流模型。主要研究内容表现在以下几个方面：1、提出了一种全面观测高速公路交通荷载各要素的调查方法,采用超声波测速仪、录像机及桥梁动态测试仪同人工记录相结合的方法对高速公路桥梁的交通荷载状况进行24小时连续观测调查,记录的数据包括车型、车辆数目、车速、行驶车道、车辆到达时间以及车辆通过时桥梁的动力响应。对得到的交通荷载样本进行详细分析,获得以上各参数随时段变化规律及分布特征,建立交通荷载参数数据库。2、以批量识别过桥车辆的车重参数为目的,对采集的交通荷载作用下桥梁动位移响应数据以车型为单位归类统计分析,获取全部交通荷载及各车型交通荷载作用下桥梁响应特征。3、介绍了多主梁车桥耦合振动分析思路,编制相应分析模块,在此基础上编制了程序界面、前后处理系统以及动力响应行为动画演示系统。最后通过工程实例对该模块的可靠性和有效性进行了验证。4、以有限元模型修正、低通滤波器设计以及多梁式车桥耦合振动程序为基础,提出了基于有限元模型修正的多梁式桥梁移动荷载识别方法。通过试验对该方法的可靠性和识别精度进行了验证。最后利用该识别方法按车型分类批量识别出本次调查中所有单车过桥车辆的横向位置及车重参数,并进行统计分析。5、通过Monte-Carlo方法建立交通流数学模型,借助Matlab软件的程序语言及界面,编写出可视化的高速公路随机车流仿真模拟程序,生成基于交通荷载实测数据的仿真车流。最后将模拟车流样本与调查样本的各参数进行对比分析,检验了本随机车流仿真程序的有效性及准确性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-26
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 公路桥梁交通荷载研究现状  12-17
  1.3 车桥耦合振动研究概况  17-21
  1.4 公路桥梁车辆荷载识别研究概况  21-25
  1.5 本文主要研究内容  25-26
第二章高速公路桥梁交通荷载调查分析  26-57
  2.1 概述  26
  2.2 交通荷载现场调查  26-32
    2.2.1 交通荷载调查方法  26-27
    2.2.2 实桥交通荷载调查介绍  27-31
    2.2.3 交通荷载调查分析流程  31-32
  2.3 交通荷载样本数据分析  32-55
    2.3.1 车型分类  32-36
    2.3.2 车型参数分析  36-39
    2.3.3 车道参数分析  39-45
    2.3.4 车速参数分析  45-50
    2.3.5 车时距参数分析  50-54
    2.3.6 车重参数分析  54-55
  2.4 交通荷载各参数优度拟合检验  55-56
  2.5 本章小结  56-57
第三章高速公路交通荷载作用下梁体响应统计与特征分析  57-80
  3.1 概述  57
  3.2 响应数据样本按车型分类统计分析  57-75
  3.3 响应数据样本按梁体分类统计分析  75-79
  3.4 本章小结  79-80
第四章多梁式车桥耦合振动分析程序  80-103
  4.1 概述  80
  4.2 BDANS程序简介  80-89
    4.2.1 BDANS程序计算原理及流程  81-83
    4.2.2 BDANS程序功能介绍  83-89
  4.3 多梁式车桥耦合振动分析模块编制  89-93
    4.3.1 多梁式车桥耦合振动几何耦合关系  89-91
    4.3.2 多梁式车桥耦合振动力学耦合关系  91-92
    4.3.3 多梁式车桥耦合振动分析模块分析流程  92-93
    4.3.4 多梁式车桥耦合振动分析程序输入模块  93
  4.4 多梁式车桥耦合振动分析程序试验验证  93-102
    4.4.1 实桥模型介绍  94-97
    4.4.2 静力分析验证  97-99
    4.4.3 动力分析验证  99-100
    4.4.4 车桥动画显示  100-102
  4.5 本章小结  102-103
第五章多梁式桥梁移动荷载识别方法  103-123
  5.1 概述  103
  5.2 多梁式桥梁移动荷载识别方法  103-111
    5.2.1 荷载识别思路与流程  103-105
    5.2.2 荷载识别中其他关键技术  105-111
  5.3 移动荷载识别试验验证  111-115
    5.3.1 横向位置识别验证  111-113
    5.3.2 车重识别验证  113-115
  5.4 交通荷载调查样本车重识别  115-122
  5.5 本章小结  122-123
第六章高速公路桥梁随机车流仿真模拟  123-143
  6.1 概述  123
  6.2 随机车流仿真模拟理论与方法  123-130
    6.2.1 常用的几种概率分布  123-127
    6.2.2 K-S检验方法  127-128
    6.2.3 Monte-Carlo数值模拟方法  128-129
    6.2.4 MATLAB软件介绍  129-130
  6.3 车流运行仿真模型的建立  130-134
    6.3.1 车辆到达模型  131
    6.3.2 车型分布模型  131-132
    6.3.3 车道比例分布模型  132
    6.3.4 车速分布模型  132-133
    6.3.5 车重分布模型  133-134
  6.4 随机车流仿真模拟程序  134-139
    6.4.1 程序概述  135-137
    6.4.2 程序构成与流程  137-139
  6.5 程序生成的随机车流样本检验  139-142
    6.5.1 车型及车道分布样本  139-140
    6.5.2 车速分布样本  140-141
    6.5.3 车时距分布样本  141-142
  6.6 本章小结  142-143
结论与展望  143-147
参考文献  147-156
攻读博士学位期间取得的学术成果  156
攻读博士学位期间参与的主要科研项目  156-157
致谢  157

高速公路桥梁交通荷载调查分析及仿真模拟

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