基于WIM的高速公路桥梁车辆疲劳荷载谱研究_夏叶飞
浅谈重型卡车载荷谱采集与疲劳分析
交通科技与管理71技术与应用0 前言 随着我国基建和物流业的快速发展，重型卡车的销量快速增长。
疲劳耐久性对重型卡车的市场口碑极其重要，因此越来越受到重型卡车整车制造企业的重视。
整车疲劳耐久试验主要包括用户道路试验、试验场强化试验、室内台架试验和计算机虚拟疲劳试验。
用户道路试验因试验周期长，已基本被试验场强化试验取代。
试验场强化试验基于等效损伤原理，通过一系列典型强化路面对整车及零部件的疲劳耐久性进行验证。
通过采集目标用户道路与试验场典型强化道路载荷谱并进行疲劳损伤计算，可以得到两种道路的相对损伤关系并制订出与目标用户关联的试验场强化试验规范，从而达到加速试验的目的[1]。
室内台架试验是将加速编辑后的道路载荷谱作为输入，通过台架迭代获得试验台架加载谱，在室内台架上复现车辆在试验场道路试验时相同的失效和故障模式，可进一步缩短整车疲劳耐久试验周期。
计算机虚拟疲劳试验通过建立整车多体动力学模型并运用虚拟迭代技术，将载荷谱作为输入信号，在整车设计阶段即可对整车进行虚拟疲劳分析和寿命预测[2]。
因此，载荷谱是整车疲劳耐久性能研究的基础。
本文介绍了重型卡车试验场载荷谱采集与数据处理的基本方法，对基于载荷谱进行疲劳分析的基本原理进行了阐述。
1 采集系统 载荷谱采集系统参考表1所示。
表1 载荷谱采集系统序号设备名称用途/检测参数1nCode eDAQ 数采系统传感器连接、载荷谱采集2车轮六分力传感器车轮三垂直力和绕三垂力的力矩3应变片转向横位杆、悬挂、传动轴、车桥、驾驶室等关键部位应力4加速度传感器轴头、车架、驾驶室关键点、整车质心、动力总成悬置单向或三向加速度5位移传感器车轮相对车架位移6GPS 接收器车速、经度、纬度、海拔高度、行驶轨迹7逻辑开关作为更换试验工况的标志，用于后期对各道路数据进行分割8笔记本电脑采集过程数据监控，对采集数据进行检查、修正、分析 传感器测试点理论上越多越好，但是由于数采系统通道数及人力、物力、成本限制，测点选择尽量满足采集需要即可。
基于WIM的高速公路桥梁车辆疲劳荷载谱研究_夏叶飞
公路交通科技 Journal of Highway and Transportation Ｒesearch and Development
Vol. 31 No. 3 Mar． 2014
doi： 10. 3969 / j. issn. 1002 － 0268. 2014. 03. 010
收稿日期： 2013 － 07 － 02 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 51178101，51378112） 作者简介： 夏叶飞 （ 1979 － ） ，男，江苏姜堰人，硕士 . （ 67267525@ qq. com）
第3 期
夏叶飞，等： 基于 WIM 的高速公路桥梁车辆疲劳荷载谱研究
57
1 代表车划分
通过桥梁的车辆多种多样，其尺寸、重量差异 很大，要比较简洁地反映桥梁的运营状况，就不能 用每一辆通过桥梁的车辆记录来代表桥梁的运营状 况。目前通用的方法是用代表车来反映桥梁的运营 状况［10］。基于 动 态 称 重 系 统 所 得 到 的 车 辆 的 轴 型、
轴距、轴数和总重等信息，本文根据车轴轴型将车 辆简要划分为 9 类 （ 表 1） 。
轴 2 类代表车，第 1、2 轴重服从典型 Gauss 分布，而第 3 ～ 6 轴重服从混合 Gauss 分布; 车辆疲劳荷载谱值与疲劳损
伤贡献值都以六轴 2 类车最大，其次为六轴车 1 类，可知该高速公路上以六轴重车为主，同时，对于疲劳损伤的贡
献，六轴车占 90% 以上。
关键词： 桥梁工程; 疲劳荷载谱; 疲劳损伤贡献值; 动态称重系统
图 1 各主车道车重出现频率曲线图
Fig. 1 Frequency curves of vehicle weight in different main lanes
基于随机车辆荷载谱的桥梁动力特性和疲劳性能.
基于随机车辆荷载谱的桥梁动力特性和疲劳性能公路桥梁在设计的时候都是按照确定的荷载和结构形式来进行计算的,是静态的。
但是公路桥梁建成以后,运行在其上的汽车荷载是随着时间不断变化而随机变化的,同时在运营期间桥梁结构自身的物理参数也是非确定和不均匀的,是随时间变化,是动态的。
同时,随着交通运输的快速发展,我国既有公路钢筋混凝土桥梁承担着日益繁重的交通荷载,在这种荷载反复作用下很容易引起桥梁的动力破坏,也越来越受到桥梁工程师的关注。
除此之外,桥梁结构自身抗力随时间的变化,也是不断衰减的,使得在役公路钢筋混凝土桥梁的承载力不足,性能衰减、破损和疲劳破坏成为全世界都面临的问题,因此对既有桥梁进行随机车辆荷载作用下的动力特性研究和疲劳性能的时变分析是非常有必要的。
本文首先介绍了目前国内外关于桥梁振动理论和钢筋混凝土结构疲劳性能问题的历史发展和研究现状。
其次,对于桥梁结构的疲劳性能分析时,所采用的荷载不应是按最不利情况下采用强度设计时的标准活荷载,而应考虑经常作用的各种实际的车辆荷载,从而计算它们所引起的各种累计损伤,所以本文通过VBA程序语言,自编随机车流生成程序,按照蒙特卡罗法原理生成了随机车流,来模拟现实中作用在桥梁上的车辆荷载。
再次,通过有限元软件MIDAS/CIVIL分析了桥梁的固有频率和桥梁在不同的车辆荷载,不同的车速的作用下的动力响应问题和对冲击系数的影响情况,同时分析了桥梁在不同的随机车流荷载工况的作用下,桥梁的随机动力响应问题。
然后,针对以往对桥梁疲劳性能分析时只考虑荷载的随机性而忽略了桥梁结构自身抗力的随机性的问题,分析了桥梁疲劳破坏原理和抗力时变理论,并根据桥梁结构抗力时变理论建立了不同时期的桥梁抗力随机模型。
最后,本文结合大型通用有限元软件ANSYS和响应面法原理,同时考虑车辆荷载和桥梁结构自身物理参数的随机性,对一般运营状态下的钢筋混凝土梁桥进行了疲劳性能的时变分析。
同主题文章[1].姜增国,瞿伟廉,邢尚青,张进. 跑车试验测定桥梁结构冲击系数的理论及应用' [J]. 武汉理工大学学报. 2002.(08)[2].韩韫璞,夏振宇,许洪吉. 公路桥梁冲击系数的探讨' [J]. 林业科技情报. 1995.(04)[3].陈新中,张锻. 国外有关铁路桥梁冲击系数的研究综述' [J]. 铁道建筑. 1987.(09)[4].吴维青,戴品强. 疲劳损伤的一种监测方法' [J]. 兵器材料科学与工程. 2002.(02)[5].张建兴,范云峡,宋立群,孙全胜,吴文明. 哈尔滨松花江公路大桥动载试验' [J]. 森林工程. 2003.(05)[6].杨伟军,梁兴文,张建仁,何培勇. 桥梁结构生命全过程的可靠性优化设计' [J]. 桥梁建设. 2002.(05)[7].姜长宇,张波. 关于公路桥梁冲击系数的探讨' [J]. 交通标准化. 2005.(12)[8].马骏. 昆明东风路立交桥动载试验分析' [J]. 公路交通科技. 2004.(03)[9].李玉良,孙福申,李晓红. 公路桥梁冲击系数随机变量的概率分布及冲击系数谱' [J]. 公路. 1996.(09)[10].乐晓斌. 用剩余疲劳损伤强度预测机械零件疲劳可靠度及寿命的方法' [J]. 机械强度. 1996.(01)【关键词相关文档搜索】：道路与铁道工程; 随机车流; 疲劳; 时变; 冲击系数【作者相关信息搜索】：武汉理工大学;道路与铁道工程;王向阳;赵光辉;。
基于WIM的广东省公路桥梁车辆荷载模型研究_许肇峰
图 １ 实 测 车 辆 总 重 概 率 统 计 规 律 与 规 范 对 比 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃ Ｌａｗｓ ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌｏａｄ ｗｉｔｈ Ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｄｅｓ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ；ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｍｏｄｅｌ；ｗｅｉｇｈｔ－ｉｎ－ｍｏｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｅｆｆｅｃｔ； ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
１ 引 言 近 年 来 ，车 辆 超 载 引 起 的 桥 梁 事 故 时 有 发 生 ，引
ＸＵ Ｚｈａｏ－ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｑｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｙａｎｇ－ｓｈａｏ
（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｈｕａｌｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０５５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｍｏｄｅｌ ｔｈａｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，５ｔｙｐｉｃａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｆｆｉｃ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ ｄａｔａ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ－ｉｎ－ｍｏｔｉｏｎ （ＷＩＭ）ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃｏｄｅ（ＪＴＪ ０２３－８５），ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈａｔ ｃｏｎｆｏｒｍ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｒｅ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｙｐｅｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｕ－ ｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｃｑｕｉｒｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ａｒｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏ－ ｔａｌ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｗｅｉｇｈｔ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｄｅ．Ｔｈｅ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒａｌ ｔｙｐｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌｏａｄ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｂｏｕｔ １．４ｔｉｍｅｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｄｅ．Ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ｓｐａｎ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｌｏａｄ ｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｎｏｔａｂｌｅ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒ－ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｄｅ ａｌｓｏ ｉｓ．
公路桥梁疲劳荷载超重车辆模型研究
公路桥梁疲劳荷载超重车辆模型研究摘要：采用动态称重仪对重庆市高家花园大桥超重车辆信息进行采集，依据等效疲劳损伤理论，按轴数不同将实测车辆荷载频值谱简化为典型疲劳车辆荷载谱。
根据超重车辆组成的荷载频值谱，建立重庆市高家花园大桥疲劳荷载超重车辆模型。
关键词：公路桥梁；疲劳荷载车辆模型；超重车1. 前言我国对公路与城市道路桥梁进行疲劳验算采用的车辆荷载谱多参照其他国家的相关规范，如英国桥规BS5400[1]和美国公路桥梁设计规范（1994）[2]，但规范中的疲劳车辆模型是根据他国的实际情况确定的，与我国桥梁实际交通量不符。
目前对交通量的调查主要是目测，由观测结果参考车辆技术手册制定交通调查车辆分类统计表，确定各类车辆的典型代表车型、轴重大小和轮距等信息。
采用目测很难确定车辆的总重与轴重，一般按车辆满载的状况进行疲劳验算。
但桥梁的结构疲劳是由日常各种车辆重复作用所引起的累积损伤过程，桥梁疲劳损伤决定于经常作用的、各种实际的车辆荷载。
所以必须采取更为有效的措施收集车辆的总重与轴重信息。
为此，本文通过高家花园大桥动态称重仪采集过往超重车辆的总重和轴重，得到数据量大、准确的交通量信息，依据等效疲劳损伤原理，推导得出疲劳荷载超重车辆模型。
2. 高家花园大桥交通量数据采集分析2.1 高家花园大桥的交通运输概况高家花园大桥位于重庆内环快速路上，跨越嘉陵江，连接沙坪坝区高家花园与江北区石马河。
桥型为预应力混凝土连续刚构桥，全桥长970m，主跨240m，桥面净宽31.5m，中间设1.5m的中央分隔带，双向6车道，车行道宽23m。
内环快速路是一条围绕重庆主城区，承接水运、空运、铁路和公路客货运输的交通动脉，高家花园大桥又是沟通沙坪坝和江北的交通咽喉，是通往机场、火车站的快速通道，交通量大，超重货车出现频率高。
因此，研究高家花园大桥疲劳荷载车辆模型，具有重要意义。
2.2 交通量数据采集结果及分析本次数据采集是利用高家花园大桥结构运营状态监测系统，通过动态称重仪获取过往车辆的总重和轴重信息，通过地感线圈触发抓拍主机获取过往车辆的车牌信息，然后将车牌与车重信息通过交通数据管理平台自动进行处理和融合，实现信息采集，采集时间为2013年11、12月，结果见表1。
基于实测载荷谱的载荷分解及后桥疲劳分析
基于实测载荷谱的载荷分解及后桥疲劳分析荣兵;肖攀;周建文;蔡川;张建民【摘要】将汽车试验场实测载荷谱,按各路面载荷谱在频域下主要集中频段的高低划分为低频和高频路面载荷谱.对于高频路面载荷谱采用基于六分力测试信号的虚拟迭代方法进行分解,对于低频路面采用基于陀螺仪测试信号的方法计算车身姿态,再结合六分力测试信号的方法进行分解,且两种方法均要控制实测与仿真的轴头加速度、弹簧位移等信号的相对损伤比在0.5～2.0范围内.基于载荷分解得到后桥接口点的动态载荷,利用有限元和疲劳分析理论,对其进行疲劳寿命分析预测,反映了后桥在前期开发中存在的疲劳风险,同时进行相应的结构改进优化,分析表明,其寿命满足疲劳性能目标并通过了强化耐久试验的验证.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2016(006)003【总页数】9页(P203-211)【关键词】载荷谱;载荷分解;相对损伤;疲劳分析【作者】荣兵;肖攀;周建文;蔡川;张建民【作者单位】中国汽车工程研究院,重庆401122;中国汽车工程研究院,重庆401122;中国汽车工程研究院,重庆401122;中国汽车工程研究院,重庆401122;北汽银翔汽车有限公司,重庆401533【正文语种】中文【中图分类】O346.2在汽车开发过程中，结构部件的疲劳耐久性能开发是一个关键和核心的技术领域。
近年来，轴头六分力测试以及相应内部载荷测试技术的发展和普及，将车辆所受的随机载荷转化为可见的数字信号，让开发工作者能在车辆开发过程中了解到车辆所受的外界动态载荷，进而具备了车辆部件疲劳研究的基础。
基于实测载荷谱得到各零部件接口点外界动态载荷的方法，主要是建立车辆动力学模型进行载荷分解，具体的分解方法包括以下两种：（1）约束车身，直接加载六分力载荷进行分解。
（2）采用虚拟迭代方式进行分解。
其中虚拟迭代的方式又可分为基于内部测试信号的虚拟迭代［1］和基于六分力测试信号的虚拟迭代［2］。
众多研究表明，约束车身的载荷分解方法会导致分解载荷峰值过大，疲劳分析结果趋于保守，不利于轻量化设计；同时虚拟迭代的分解方法对于低频路面而言很难到达收敛，且分解精度也较差。
动态称重(WIM)技术及其在桥梁疲劳性能评估中的应用
度范 围小 （ 低速 范围 ）测 量 精度不 高 、 感器 过 于 、 传 庞大 、 安装 施工及维 护不 便 。２ 纪 ８ Ｏ世 Ｏ年代 出现
了电子汽 车衡 ， 它包 括带 基坑 和无基 坑 两种 ， 基 带
坑 的电子 车辆 衡 对道 路 破坏 较 大 。交通 部重 庆 公
路科 学研究所 承担 了国家 “ 八五 ” 间重 点科 技项 期
使用 的称 重 系统 的误 差一 般在 ±１ ％ 一 ± ５ 左 ５ ２％
右 ， 信度为 ９％ ， 置 ０ 最好 的 ＷＩ 系统 单 轴 载 称重 Ｍ
车辆轴 重 的一 种 技 术 ， 含 传感 器 和 数 据 采集 仪 包 器， 用来 测量在 特定地点 特定 时间一辆行驶 车辆 的
出现及 其 车轮重 ， 算车 辆 的重量 、 计 车速 、 轴距 、 车
称 重器 的研究 。１８ ９ ３年 ， 国开 始研 究 压 电材料 美 用 于动态 称 重 。 同年 ， ｉ ａｏｘ动 态 称 重 系统 首 Ｖｂ ｃａ ｒ 次在法 国投入使用 。１ ８ ９ ５年 ， 国的 “ 成本动 态 美 低 车辆称重 系 统 ” 现场 投 人 运行 并 提 交美 国联邦 在 总 署 。１８ ９ ８年 ， 国研 制 了一种 性能 优越 的新 型 英 称重压 电传感 器 Ｖｂ ｔ ５ 后在 １ ９ ｉｅ ｋ ， ｅ ９ １年改 型为 ｖ． ｉ
动态 称重 （ Ｍ） ＷＩ 技术及 其在 桥 梁疲 劳 性 能 评 估 中 的应 用
李秋 全 ， 芙蓉 徐
（ 陕西铁路工程职业技术学院建筑工程 ， 陕西渭南 ７４ ０ ） １００ 摘 要： 论文详细阐述 了动态称重技术的概念 、 国内外研究现状 以及动态称重系统的组成 。针对公路桥梁疲 劳性 能评
基于相对疲劳损伤谱的整车疲劳耐久试验加速方法研究
基于相对疲劳损伤谱的整车疲劳耐久试验加速方法研究李伟;端木琼;赵成刚【摘要】The authors propose a durability test acceleration method based on relative fatigue damage spectrum (RDS). Taking a vehicle as the research object, they acquire the spindle acceleration signal and shock-absorber displacement signal. They take the RDS of structural durability test procedures as a target to optimize the test proce-dure through optimizing algorithm. And under the premise of guaranteeing the RDS consistent, they try to shorten the test cycle as possible.%提出一种基于相对疲劳损伤谱的疲劳耐久试验加速方法。
以某轿车为研究对象，在试验场采集轴头加速度信号和减振器位移信号，以结构耐久性试验程序的相对疲劳损伤谱为目标，通过优化算法对试验程序进行优化，在保证相对疲劳损伤谱一致前提下，最大限度地缩短试验周期。
【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】4页(P46-48,55)【关键词】整车疲劳;耐久试验;相对疲劳损伤谱;加速方法【作者】李伟;端木琼;赵成刚【作者单位】中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300300;中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300300;中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300300【正文语种】中文【中图分类】U467.4+97在整车开发流程中，车辆的疲劳耐久性是厂商重点关注的性能指标，直接影响到客户的满意度和车辆的三包成本。
动态称重(WIM)技术及其在桥梁疲劳性能评估中的应用研究
２１ ０ １年第 ２期 （ 总第 １ ０期 ） ４
３ １
动 称 ＷＭ技 及 在 梁 劳 能 中 应 研 态 重（Ｉ） 术 其 桥 疲 性 评估 的 用 究
徐 芙蓉， 李秋 全 ， 飞 王
（ 陕西 铁路工 程职业 技术 学院 ， 西渭南 陕
７４０ ） １０ ０
【 摘 要】 论文详细阐述了动态称重技术的概念、 国内外研究现状以及动态称重系统的组成。针对公路桥粱疲劳性能评
估 ， 析 了几 个发 达 国 家桥 梁 疲 劳 车辆 荷 载 的 规 范规 定及 车辆 荷 载 数 据 来 源 ， 建 立 基 于动 态称 重 （ Ｍ） 据 的 车辆 疲 劳 分 就 ＷＩ 数
荷 载模 型或 荷 栽谱 作 了探 讨 性研 究 。
【 关键词］ 动态称重； 传感器； 公路桥梁； 评估 疲劳 ［ 中图分 类＂ Ｉ４ １ 【 ＮＵ ５ － 文献标 识码 ｌ 【 Ａ 文章编号］０ ５ ６ ７ （０ ）２ ０ ３ — ３ １０ — ２ ０ ２ １ ０ — ０ １ ０ １
路 、 路 的超 载 超 限检 测 预 警 和判 定 ， 可应 用 于 采 集 交 通 铁 也
信 度 为 ９ ％或 ９ ％。 实 际使 用 的 称 重 系 统 的 误 差 一 般 在 ± ０ ５ １ ％～ ２ ％左 右 ， 信 度 为 ９ ％ 。 好 的 ＷＩ 系 统 单 轴 载 ５ －５ ＋ 置 ０ 最 Ｍ 称 重 误 差 可 以 小 于 ± ．％．但 仅 适 用 于低 速 场 合 且 成 本 昂 ５Ｏ
般 的 单 轴 载 称 重 平 均 误 差 从 ± ． ＋ ０ ％不 等 ， 应 置 ５０ ％～ ３ ． ０ 相
点 特 定 时 间一 辆 行 驶 车 辆 的 出现 及 其 车 轮 重 ．计 算 车 辆 的 重 量 、 速 、 距 、 辆 类 型 以及 有 关 车 辆 的 其 他 参 数 并 且 车 轴 车 处 理 显示 和存 储 用 于 高速 公 】 １ 。
公路桥梁标准疲劳车辆荷载
4. 结构分析
利用有限元等方法，分析结构在 荷载作用下的应力、应变分布。
疲劳寿命评估案例分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ案例一
某钢筋混凝土拱桥，通过名义应力法评估其疲劳寿命，发现拱圈 关键截面的疲劳寿命低于设计使用年限，提出加固建议。
案例二
某钢箱梁桥，采用局部应力应变法评估疲劳寿命，结果显示部分焊 缝位置的疲劳寿命较短，需进行焊缝加固和维修。
减轻结构自重
采用轻型、高强度的材料 ，减轻桥梁自重，降低结 构承受的荷载，进而减少 疲劳损伤。
采用高性能材料
高强度钢材
采用高强度钢材能够提高桥梁结构的承载能力和 抗疲劳性能。
耐候钢材
使用具有良好耐候性能的钢材，能够抵抗大气腐 蚀，延长桥梁使用寿命。
纤维增强复合材料
采用碳纤维、玻璃纤维等复合材料增强桥梁结构 ，提高抗疲劳性能和耐久性。
增强桥梁养护与维修
定期检查
建立定期的桥梁检查制度，及 时发现并处理桥梁结构的疲劳
损伤。
维修加固
对已经出现疲劳损伤的桥梁进 行及时维修和加固，防止损伤 扩大导致安全事故。
荷载监控
实时监测桥梁上的荷载情况， 避免超载车辆通过，以减少桥 梁结构的疲劳损伤。
养护技术
采用先进的桥梁养护技术，如 裂缝修补、混凝土表面保护等 ，提高桥梁的抗疲劳性能和使
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疲劳荷载对桥梁结构的影响
结构疲劳破坏：疲劳荷载长期作用于 桥梁结构，会导致结构材料的疲劳破 坏，从而降低结构的承载能力和使用 寿命。
加速老化：疲劳荷载会加速桥梁结构 的老化过程，使桥梁在正常使用年限 内出现提前破损和老化现象。
变形和裂缝：疲劳荷载可能导致桥梁 结构发生变形和裂缝，影响桥梁的线 形和美观，并可能引发结构安全隐患 。
基于振动疲劳的某微型客车车身疲劳分析
；
目前 ，疲 劳 寿 命 分 析 按 照 载 荷 处 理 方 式 的 不
同 可 以 区 分 为静 态 与 动 态 ，也 可 以分 别 在 时 域 和 频 域 中 进 行 应 力 应 变 响 应 的 分 析 。 时 域 的 静 态
法 是传统 的疲劳 分析方法，它是在车身结构上首 先 进 行 单 位 载 荷 的 应 力 应变 分 析 ，之 后将 各 个 单
式 中｛ ｘ （ ｔ ） ） 为位移 向量 ，［ Ｍ］ 、［ Ｃ ］ 、［ Ｋ ］ 分别 为质量、阻尼、刚度矩阵， （ ｔ ） ｝ 为载荷向量。 但 是 当 我们 要 进 行 振 动 疲 劳 分 析 时 ，就 需 要 对载荷形式进行转换了，振动疲劳分析 中将 （ ｔ ） ）
载 荷 向量进 行 傅里 叶转 换生 成功 率谱 密度 矩 阵 ：
位 载 荷 的应 力 应 变 结果 和 相 应 的 时 间 历程 进 行 叠 加 ，来 代 替 实 际载 荷 的应 力 应 变 结果 ，可 以 看 出 这 种 方 法 所 反 映 的应 力 应 变 结 果 一 直 是 静 力 状 态
ｓ 。 ） ｓ ）
；
Ｉ ｓ ） ］ ～ ｓ 。 ）
下 的 结 果 ， 当已 经 明确 知 道 载 荷 远 离 结 构 固有 频 率 的 情 况 下 是 可 以得 到 近 似 的 结 果 的 ，但 是 在 未 知 随机 载 荷 或 者 是 载 荷 频 率 接 近 固 有 频 率 时 静 态
法 就 偏 差较 大 了 。动 态 的 频 域 法 相 对静 态 的 时 域
Ｘｌ ＮＧ Ｚｈ ｉ ． ｗｅ ｉ ， ＨＵｌ Ｙ ａｎ ． ｂ ｏ， Ｆ ＥＮＧ Ｌ ａｎ ． ｆ ａｎ ｇ， Ｗｒ ＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ ． ｘ ｉ ａ ， ＸＩ Ａ Ｚｈ ａ ｏ － ｙ ｉ
基于道路谱的整车疲劳分析
2 模型检查 计算TB状态模型的模态，对模型进行检查
3 静力分析，采用惯性释放方法，计算各通道6方向的静力结果
某款汽车接附点编号示意图
二、基于道路谱的车身疲劳分析
5.在FEMFAT中计算基于道路谱的车身疲劳损伤
新建任
导入分析 模型
生成通道临时文件
后处理
按照材料 分Group
导入材料并指 定Group材料
某款汽车传感器布置示意图
二、基于道路谱的车身疲劳分析
2.载荷信号采集及数据后处理
1 采集 根据路试道路规划进行多次 少2次以 典型路面载荷采集 2 数据减缩 根据相对损伤值进行数据减缩，确保减缩后的数据 原数据的相对 损伤值相当 3 路普选择 1 该路普多数通道最大值均大于另外的路谱 2 该路谱多数通 道相对损伤值均大于另外的路谱 3 该路谱 存在 合理数据
速度及在Z向
的位移 根据此原则路普采集试验一般安装以 传感器用于相关信号采集 1 变片 标定出车 X Y方向力 标定出减震器 或弹簧 Z方向力 2 位移传感器 测量 心Z向位移 3 速度传感器 测量 心处X Y Z方向 速度 测量车身 毂包处Z方向
速度 4 GPS 测量试验车纬度 经度 海拔 车速等
某款汽车数据采集路线示意图
某款汽车选择的9段特征路面
3. 多体动力学仿真
根据选择的特征路面，进行载荷谱迭代，载荷分解及工况仿真计算
二、基于道路谱的车身疲劳分析
4.计算单位载荷 的 力分布
1 计算单位 力的模型准备
1 一般用TB状态的模型
2 焊点焊缝的处理
3 接附点编号
4 配重保持 多体模型一
5 按照材料对模型进行分组
基于道路谱的整车疲劳分析 ——长安汽车
基于WIM系统的高速公路桥梁车辆荷载模型研究
基于WIM系统的高速公路桥梁车辆荷载模型研究发表时间：2016-08-25T09:52:40.710Z 来源：《低碳地产》2015年第8期作者：张豪杰[导读] 为探索高速公路桥梁车辆荷载模型的建立方法，选取了沈海高速（G15）福宁段下白石特大桥.福州大学至诚学院福州福建 350002【摘要】为探索高速公路桥梁车辆荷载模型的建立方法，选取了沈海高速（G15）福宁段下白石特大桥，基于动态称重（WIM）系统监测信息，在统计分析通行车辆连续到达车间距、车重等信息的基础上，分析了下白石大桥车辆荷载效应特征，并在此基础上建立了下白石大桥实际运营车辆状况的车辆荷载模型。
研究表明：不同荷载重现期内下白石大桥中跨跨中荷载效应服从极值型分布；实际运营车辆荷载效应超越现行设计荷载规范的概率随荷载重现期增加依次增大；基于平衡更新过程和荷载等效的车辆荷载理论具有一定的合理性。
【关键词】高速公路桥梁；动态称重系统；车辆荷载模型；车辆荷载效应评估；2008年7月交通部西部交通建设科技项目《桥梁设计荷载与安全鉴定荷载的研究》启动，为同年1月份交通部启动的《公路桥梁荷载标准》的制定工作提供了理论支持。
现阶段的研究表明：近20年来我国各地的汽车荷载大幅增加，车重集中于限载标准附近的趋势明显，实际运营汽车荷载效应超越设计值的现象普遍存在；车辆超载问题严重，中型货车超载率和占超载车辆比例显著增加。
这些研究成果均表明我国现行的车辆荷载设计规范亟待修订。
充分认识高速公路桥梁的车辆荷载状况，建立较为精确的桥梁车辆荷载模型，可以为桥梁的可靠性评估、加固、超载治理、桥梁设计荷载等级的合理提高以及合理地制定桥梁养护管理制度提供依据，同时对于保证桥梁使用安全；延长桥梁的使用寿命；提高桥梁运营管理技术现代化、信息化及科学化水平也具有着重要的意义[1]。
国外对于桥梁车辆荷载模型的研究起步较早，其中较为突出的成果之一就是将外推法的思想引入到了车辆荷载模型的研究中，典型的代表是Nowak法和Rice公式法。
基于随机车流的桥梁构件疲劳分析及其疲劳荷载模型研究
引言
提高运营期桥梁受荷效应的评估精度，对于降低运营
期间发生的显著损伤及垮塌等恶性事故、优化全寿命成
本，具有重大意义。Jacob 等使用 WIM 技术，实测车辆信
际车流作用状况的疲劳车辆荷载模型。
1 拉索疲劳荷载效应及疲劳车辆荷载模型
1.1 随机车流模拟工况
影响疲劳累积损伤的因素很多，如：平均应力、少数极
高应力、应力次序、低疲应力，重复循环块的大小以及材料
本身都对累积损伤有较大的影响。将变幅疲劳转化为常幅
疲劳的方法如下。构造细部的常幅度疲劳曲线方程为：
mlgs lg N lg C
（1）
由此可得该构造细部在 驻滓i、n（i i=1，2，3......）重复荷载 作用下的损伤度为：
Db
ni Ni
1 C
ni (si )m
（2）
由上式可得该构造细部在“等效常幅 驻滓0”应力循环作
用下的疲劳破坏次数为 N0：
N0
C (s0 )m
（3）
以 驻滓0 重复移niN0 次时的损伤度为：
D0
ni N0
1 C
(s0 )m
ni
（4）
令 Db=D0，则有：
1
C
n
i
(si
)m
1 C
(s0 )m
ni
（5）
于是有：
s0 [
ni (si )m ]1/ m ni
（6）
针对斜拉索的疲劳车辆荷载效应计算，模拟正常车留 下拉索的应力情况，并根据雨流计数法计算拉索的应力幅 频次曲线，最后基于线性损伤准则获得斜拉索的等效疲劳 应力幅。本文考虑不同日均交通流量的作用，计算中跨跨 中拉索、中跨四分点拉索和中跨近塔柱处拉索的应力幅和 月累计频次。
疲劳载荷谱
疲劳载荷谱
疲劳载荷谱是指衡量或模拟结构物在其寿命内受到的疲劳载荷的统计数据。
它描述了结构物在不同时间点或时间段内所受到的载荷大小和频率。
疲劳载荷谱的构建通常需要进行大量的实验测量或使用计算机模拟技术。
在实验测量中，可以通过使用应变计、加速计、压力传感器等传感器对结构物所受到的加载进行监测和记录。
通过多次重复加载，并将测量结果进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。
在计算机模拟中，可以通过有限元分析等方法对结构物在不同工况下的载荷进行模拟。
通过对结构物所受到的载荷进行统计分析，就可以得到相应的疲劳载荷谱。
疲劳载荷谱对于结构物寿命评估和疲劳强度设计具有重要意义。
它可以用于确定结构物在预期的使用寿命内是否会发生疲劳破坏，并为疲劳强度设计提供基础数据。
疲劳载荷谱的准确性和合理性对于结构物的安全性和可靠性具有关键影响。
对公路桥梁标准疲劳车辆载荷的研究
对公路桥梁标准疲劳车辆载荷的研究摘要：为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准, 根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据, 以等损伤度为理论基准, 得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样, 以上述疲劳典型车辆为蓝本, 建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型, 进行构件疲劳损伤度计算, 确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径( 或影响线长度) 的纵向修正系数, 由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱。
这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱, 填补我国公路桥梁疲劳设计的空白。
关键词：公路桥梁疲劳设计荷载标准; 统计分析计算; 高速公路车辆荷载;公路标准疲劳车中图分类号：u448.14文献标识码： a 文章编号：随着我国经济的高速发展, 公路桥梁的交通量及负荷日益增加, 使得桥梁构件, 特别是钢构件的疲劳问题日益突出。
近年来国内外钢桥的疲劳破损事例, 引起了国际桥梁界的重视, 实施了一系列应用基础性的研究。
目前英国、美国、日本、欧盟等国家的桥梁规范不但涉及了各类构造细节的疲劳强度等级分类, 并给出了相应的疲劳设计荷载谱或疲劳车辆模型。
我国铁路行业在这两方面都已开展了系列研究, 取得了一定的成果, 并实施有关规范的编制。
然而, 公路桥梁在这两方面的研究都十分匮乏, 我国公路钢桥规范有关疲劳部分与当前钢桥大规模建设和发展并不相称, 不利于钢桥安全可靠耐久地使用, 亟待更新。
1、公路桥梁疲劳荷载典型车式样针对我国公路交通的分布及特点, 分别在东北、西北、东南、西南、华南、中原等地区, 选取了8 条典型高速公路, 进行现场交通荷载调查, 并按照等效致伤理论及概率统计原理, 抽取出各省的典型车辆荷载频值谱。
鉴于各省典型车式样较多, 限于篇幅, 在此仅列出辽宁典型车式样。
各省典型车形式与此类似, 除湖北未见6 轴典型车外, 均包括5 种轴型车辆, 总重以山西典型车为最重,福建典型车最轻, 轴距变异不大。
基于小波神经网络的新沂河大桥有限元模型修正
基于小波神经网络的新沂河大桥有限元模型修正
夏叶飞;刘琦齐;杨泽刚
【期刊名称】《市政技术》
【年(卷),期】2017(035)006
【摘要】以新沂河大桥——预应力混凝土连续梁桥为工程背景,提出了一种基于小波神经网络(WNN)的有限元模型修正方法.该方法首先以不同设计参数条件下有限元模型计算频率作为网络输入,并以主梁混凝土材料密度和弹性模量、支座与伸缩缝处纵、横向约束刚度作为网络输出.进而利用小波神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系,并验证该网络的精度及其泛化能力.结合实桥环境振动试验数据,利用保存的网络参数及神经网络的泛化特性,得到有限元模型设计参数的修正值.结果表明:有限元模型修正后的计算结果与实测结果比较吻合,最大误差不超过5％,修正后的有限元模型能较好地反映桥梁的真实状态.
【总页数】3页(P72-73,76)
【作者】夏叶飞;刘琦齐;杨泽刚
【作者单位】中设设计集团股份有限公司,江苏南京210014;武汉建工科研设计有限公司,湖北武汉430000;中设设计集团股份有限公司,江苏南京210014
【正文语种】中文
【中图分类】U448.215
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1.基于WIM的新沂河大桥车辆荷载模型研究 [J], 宗周红;李峰峰;夏叶飞;袁微微
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3.基于ANSYS的有限元模型修正软件实现 [J], 范新亮;王彤
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基于WIM系统的京沪高速公路重车疲劳荷载模型
基于WIM系统的京沪高速公路重车疲劳荷载模型
宗周红;陆飞龙;薛程;杨泽刚;袁微微
【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(048)005
【摘要】基于动态称重(WIM)系统的监测数据,统计分析了大于55 t重车的车重、车间距、轴重及车头时间间隔等特征参数的概率分布,推导出京沪高速(沂淮段)重车疲劳荷载谱和标准疲劳车模型.此外,建立了分车道和不分车道的疲劳荷载谱和标准疲劳车模型,且标准疲劳车总重远大于规范值.结果表明,京沪高速(沂淮段)日均重车达3 657辆,重载运输特征明显,车重服从广义极值分布,车间距服从伽马分布,轴重及轴间距服从混合高斯分布,车头时间间隔服从对数正态分布.建立的重车疲劳荷载谱和等效标准疲劳车模型可供实桥疲劳评估参考.
【总页数】7页(P878-884)
【作者】宗周红;陆飞龙;薛程;杨泽刚;袁微微
【作者单位】东南大学土木工程学院,南京210096;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京211100;东南大学土木工程学院,南京210096;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京211100;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京211100【正文语种】中文
【中图分类】U448.22
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1.基于N层向量空间模型和两重过滤方法的文本过滤系统的研究 [J], 刘红芝
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基于道路谱的汽车车身疲劳分析
进行道路谱采集、多体虚拟迭代和疲劳有限元分析， 其分析结果与实车可靠性道路试验结果基本吻合．
2． 1 载荷采集
根据实车结构和疲劳分析需要，该车道路谱采 集减振器 z 向力、悬架相对位移、轮毂中心 z 向加速 度和车身减振器鼓包 z 向加速度等共计 16 通道信 号． 以左轮心加速度信号为例进行说明，图 6（ a） 为 载荷处理前时域图，图 6 （ b） 为载荷处理后时域图， 对比发现： 载荷处理后数据量是原始数据的 50% ， 相对损伤达到 98% ，满足载荷后处理要求．
图 6 载荷处理时域图 Time fields before and after load process
2． 2 虚拟迭代
该车以减震器 z 向力为迭代信号进行载荷谱的 多体虚拟迭代，功率谱曲线相对损伤控制在 95% 以 上． 前、后副车架作为柔体输入多体动力模型，输出 车身 17 个接附点 6 个方向，共 102 个载荷曲线． 以 左轮心加速度信号为例进行说明，图 7 为虚拟迭代 前、后载荷时域对比，图 8 为虚拟迭代前、后载荷频 域对比图，可知曲线吻合度较高，满足迭代要求．
图 5 车身疲劳分析技术流程 Fig． 5 Process of automotive body fatigue
analysis technology
运用基本道路谱车身疲劳分析技术，对某轿车
图 7 虚拟迭代前、后载荷时域对比 Fig． 7 Comparison of time fields of loads before and
0引言
耐久性能作为汽车耐久、安全和 NVH 等 3 大性 能中最基本、最 重 要 的 指 标，是 汽 车 品 质 的 标 志 之 一，一直是汽车性能开发的重要内容． 传统的汽车耐 久性能开发是在样车阶段进行可靠性试验验证，对 发现的问题进行设计整改，是个再试验、再整改的反 复过程，存在时间滞后、开发周期长以及资金投入大 等问题． 国内的汽车耐久性能开发起步较晚，而国外 各大汽车厂商具备先进的耐久性能开发方法和流 程． 因此，国内各汽车厂商迫切需要引进和开发一套 合适的耐久性能开发方法与流程，以有效缩短产品 开发周期、降低开发成本、提高汽车产品耐久性．
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轴 2 类代表车，第 1、2 轴重服从典型 Gauss 分布，而第 3 ～ 6 轴重服从混合 Gauss 分布; 车辆疲劳荷载谱值与疲劳损
伤贡献值都以六轴 2 类车最大，其次为六轴车 1 类，可知该高速公路上以六轴重车为主，同时，对于疲劳损伤的贡
献，六轴车占 90% 以上。
关键词： 桥梁工程; 疲劳荷载谱; 疲劳损伤贡献值; 动态称重系统
1 代表车划分
通过桥梁的车辆多种多样，其尺寸、重量差异 很大，要比较简洁地反映桥梁的运营状况，就不能 用每一辆通过桥梁的车辆记录来代表桥梁的运营状 况。目前通用的方法是用代表车来反映桥梁的运营 状况［10］。基于 动 态 称 重 系 统 所 得 到 的 车 辆 的 轴 型、
轴距、轴数和总重等信息，本文根据车轴轴型将车 辆简要划分为 9 类 （ 表 1） 。
总体来说，我国对于桥梁疲劳设计荷载谱的研 究起步较晚，近年来，国内外学者已在相关领域取 得了一些研究成果，但能做到对实际车辆荷载各参 数随机性进行全面研究的还相当少。本文基于京沪 高速 （ G2 ） 沂 淮 段 新 沂 河 大 桥 的 动 态 称 重 系 统 （ WIM） ，统计得到车辆疲劳荷载谱研究所需的特征 参数，推导出 9 类代表车的疲劳荷载谱，提出了一 种以 WIM 为交通调查数据来源得到公路桥梁车辆疲 劳荷载谱的方法，旨在为公路桥梁疲劳车辆荷载谱 的研究提供参考。
表 1 代表车轴型与轴距示意图 Tab. 1 Ｒepresentative vehicle axle types and wheel bases
注： A、B、C、D、E、F 分别表示对应车轴的车轴重，L 表示对 应的车轴距。
2 车辆荷载监测数据特征 荷载模型涉及荷载强度与荷载分布 2 个特性，
疲劳车辆荷载谱的研究不仅要关注交通流自身，还 必须考虑结构响应与荷载特性的关系。在车辆通过 时，桥梁大部分构件只经历 1 次应力循环，还有些 构件将发生多次应力波动，而前者的疲劳车辆荷载模 型细化到车重和车距级别即可，后者则应该以轴重和 轴距为主要内容。车重、车距、车道交通量、轴重与 轴距的统计规律是建立疲劳车辆荷载模型的基础［5］。
( WIM) 的监测信息，统计分析京沪高速沂淮段通行车辆的车重、车间距、轴重等特征参数; 依据每月所得车辆数
据，基于 Miner 线性积伤率和等效疲劳损伤原理，建立了新沂河大桥包含 9 类代表车型的实际运行车辆疲劳荷载谱，
并对其疲劳损伤贡献值进行了研究。结果表明: 各车道车重服从典型的三峰分布规律，车间距服从 Weibull 分布; 六
Abstract： In order to study vehicular fatigue load spectrum for expressway bridge，based on the vehicle data collected from the weith-in-motion （ WIM） system of Xinyihe Bridge on Yihuai section of Beijing － Shanghai expressway （ G2） ，the characteristic parameters，such as vehicle weight，headway and axle load and so on， are statistical analysed． According to the monthly vehicle data，the Miner's linear cumulative damage rate and the equivalent fatigue damage theory，the actual vehicular fatigue load spectrum for the bridge，which contains 9 vehicle types，is set up，and the contribution values of fatigue damage are also explored． The result shows that （ 1） the weights of vehicles in different lanes obey typical trimodal distribution，and the headways obey Weibull distribution； （ 2） for the second type of 6-axle vehicles，the first and second axle loads obey Gauss distribution，while the other axle loads obey mix Gauss distribution； （ 3 ） the vehicular fatigue load spectrum values and the contribution values of fatigue damage of the second type of 6-axle vehicles reach the maximum values，and the next is the first type of 6-axle vehicles． It means that the vehicular loads on this expressway are mainly the 6-axle vehicle loads，which account for more than 90% of the contribution values of fatigue damage． Key words： bridge engineering； fatigue load spectrum； contribution value of fatigue damage； weigh-inmotion system
以车道 2 为 例，利 用 Matlab 拟 合 工 具 箱 中 的
其具体公式、参数值、拟合优度如式 （ 1） 、表 2 所示。 可以得到： Ｒ2 基本保持 0. 9 以上，SSE 非常接近 0，说 明拟合函数与实测数据之间的差异程度很小，拟合函数
Weibull 分布对其车间距分布曲线进行拟合，其具体 公式、参数值、拟合优度如式 （ 2） 、表 3 所示。可 以得到： Ｒ2 保持 0. 9 以上，SSE 非常接近 0，说明拟
本文运用 Excel VBA 编写程序对车辆荷载数据 处理，共得到 2012 年 5 ～ 10 月间通过新沂河大桥的 车辆称重数据，其中 5 月 （ 31 d） 共 59. 8 × 104 veh、 6 月 （ 30 d） 共 53. 4 × 104 veh、7 月 （ 26 d） 共 49. 2 × 104 veh、8 月 （ 29 d） 共 56. 9 × 104 veh、9 月 （ 24 d） 共 52. 5 × 104 veh、10 月 （ 31 d） 共 68. 4 × 104 veh。该数据记录了车重、车轴数、轴距、速度等信 息，提供了桥梁的疲劳车辆荷载谱研究所需参数。
能反映新沂河大桥车辆荷载的车重统计规律。
f（ w） = a e + a e + … + a e ， 1
（ －
x －b1） c21
2
2
（ －
x －b2） c22
2
n
（ －
x －bn） c2度很小，拟合函数
0 引言
工程实 践 中，评 估 桥 梁 疲 劳 损 伤 不 应 采 用 最 不 利［1］受载情况下的设计荷载，而应采用具有代表性的 日常运营车辆荷载。就我国公路和城市桥梁而言，目 前还没有适用于梁桥疲劳设计的车辆荷载谱［1］，因此 对公路桥疲劳车辆荷载谱的研究具有现实意义。
目前，英、美［2 － 3］等国在各自的桥 梁 设 计 规 范 中给出了疲劳设计荷载谱或疲劳车辆荷载模型，其 中英国桥规 BS5400 较早制定出了钢桥、混凝土桥及 结合桥的疲劳规范，并在实践中不断地修正，因此， 应用较为广泛，但是规范中的标准疲劳车辆模型是 由英国典型干道上的货运量确定的，与我国实际桥 梁荷载不符，因此并不适用于我国的桥梁疲劳设计 验算。在国内，许多学者对适合中国国情的桥梁疲 劳荷载谱进行了研究［4 － 9］，其中童乐为、沈祖炎［4］ 等对上海市内某桥进行了交通车辆调查，将实测的 车辆荷载谱简化为由 6 类代表车组成的车辆荷载谱， 来代表该桥的日常交通运营状况，但是因为早期交 通调查方法比较粗糙及调查时间受限制，导致其车 辆荷载信息的精确性、全面性无法得到保证； 孙守 旺、孙利民［5］在 北 京 六 环 某 路 段 上 运 用 动 态 称 重 系 统 （ WIM） 解决了早期交通调查方法粗糙与调查时 间受限制的缺点，建立了 6 种主要车型的车重、车 距、车道交通量、 轴 重 与 轴 距 的 统 计 模 型， 按 损 伤 等效原则提供了 6 种车型的等效模型车辆，为桥梁 疲劳可靠性评估提供了实用的车辆荷载模型。
中图分类号： U448. 22 + 5
文献标识码： A
文章编号： 1002 － 0268 （ 2014） 03 － 0056 － 09
Study on Vehicular Fatigue Load Spectrum Expressway Bridge Based on WIM System
XIA Ye-fei1 ，LI Feng-feng2 ，GU Yu2 ，YUAN Wei-wei1 ，ZONG Zhou-hong2
（ 1． Jiangsu Provincial Communications Planning and Design Institute Co． ，Ltd． ，Nanjing Jiangsu 211100，China； 2． School of Civil Engineering，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China）
第 31 卷 第 3 期 2014 年 3 月