大件运输桥梁通行安全快速初筛算法研究_赵晓晋.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 2 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.2Feb 2023收稿日期:20220511基金项目:国家自然科学基金项目(52278360);山西省交通运输厅科技项目(2019119，2021114);山西交通控股集团科技项目(20JKKJ30)作者简介:赵晓晋(1989)，男，山西昔阳人，博士.(418336067 )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.02.011大件运输桥梁通行安全快速初筛算法研究赵晓晋，吴佳佳，汪贤安，郭学兵(山西省智慧交通研究院有限公司，智慧交通山西省实验室，山西太原030032)摘要:针对传统方法以有限元计算进行大件运输通行安全评估效率较低的问题，通过车型变量整合及计算，提出了以作用长度和荷载集度作为主要变量的大件运输模拟计算方法。分析了牵引车形式和线荷载模拟对计算结果的影响，明确了内力结果修正值。采用统计方法确定了 9 类控制桥型，设计了试算工况，对大件运输荷载与设计荷载内力最大比值的试算结果进行了数值拟合，提出了最大比值拟合计算公式，形成了大件运输通行安全快速初筛算法。分别针对单车板和双车板大件运输装载方案进行了实例验证，明确了算法的误差以及适应性。使用 uni-app 框架，开发了“大件运输通行安全快速初筛”微信小程序。结果表明:已选择的控制桥型，不会降低大件运输通行安全评估的控制标准;以作用长度和荷载集度作为主要变量的大件运输模拟计算方法，在结果修正后可以满足计算误差要求;以常用的 Poly2D 函数进行非线性曲面拟合，形成的最大比值拟合计算公式满足大件运输通行安全初筛的要求，当各控制桥型内力最大比值中的最大值小于控制标准时可认为满足安全通行条件，大于控制标准时需进行有限元计算以进一步确定通行可行性;快速初筛算法针对双车板大件运输装载方案的误差大于单车板，通行安全评估控制更为严格，适应性低。关键词:桥梁工程;初筛算法;非线性拟合;大件运输;荷载集度;作用长度中图分类号:U442文献标识码:A文章编号:10020268(2023)02008108Study on apid Preliminary Screening Algorithm of Safety of Large CargoTransport on BridgeZHAO Xiao-jin，WU Jia-jia，WANG Xian-an，GUO Xue-bing(Intelligent Transport Laboratory of Shanxi Province，Shanxi Intelligent Transportation Institute Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030032，China)Abstract:In view of the low efficiency in assessing the safety of large cargo transport using finite elementcalculation，the simulation calculation method for large cargo transport with the action length and load densityas the main variables is proposed through the integration and calculation of vehicle variables.The influence oftractor form and line load simulation on the calculation result is analyzed，and the corrected value of internalforce is defined.Nine control bridge types are determined by statistical method，the trial calculationconditions are designed，the trial calculation result of the maximum ratio of large cargo transport load todesign internal force of load are numerical fitted，the fitting calculation formula of the maximum ratio isproposed，thus the rapid preliminary screening algorithm for large cargo transport safety is formed.Theloading schemes of large cargo transport by single flatbed and double flatbeds are verified by examples，andthe error and adaptability of the algorithm are clarified.The WeChat mini-program of“rapid preliminaryscreening system for large cargo transport safety”is developed based on the uni-app framework.The result公路交通科技第 40 卷shows that the(1)The selected control bridge type will not reduce the control criterion for the safetyassessment of large cargo transport.(2)The simulation calculation method of large cargo transport with theaction length and load density as the main variables can meet the calculation error requirement after the resultis corrected.(3)The maximum ratio fitting calculation formula formed by nonlinear surface fitting with thecommonly used Poly2D function meets the requirements of the preliminary screening for safety of large cargotransport.When the maximum value in the maximum internal force ratio of each control bridge type is lessthan the control criterion，it can be considered to meet the safety transport conditions，while when it is greaterthan the control criterion，it is necessary to conduct finite element calculation to further determine thetransport feasibility.(4)The error of the rapid preliminary screening algorithm for the double flatbed schemeis greater than that for the single flatbed scheme，the transport safety assessment control is stricter and theadaptability is low.Key words:bridge engineering;preliminary screening algorithm;non-linear-fitting;large cargo transport;density of load;length of action0引言随着我国经济的高速发展，大型设备运输日益频繁，其所使用的大件运输车尺寸、轴距和轴载与一般车辆不同，需要进行专项验算才能确定桥梁通行安全性，然而我国并未形成相关标准规范1。长期以来，国内外学者针对该问题开展了广泛的研究。在评估方法方面，可分为等代荷载判别法23、荷载试验判别法4、实际荷载简算法57 3类。但是，荷载试验判别法需要对沿线桥梁进行荷载试验，只有在运输路线中有比较典型的桥梁和运营时间长、存在病害较多的桥梁时使用;实际荷载计算法往往只在运输沿线桥梁较少、桥梁结构简单的情况下使用;等待荷载法可按照桥型、跨径分类进行大件运输荷载与设计荷载内力的对比，是一种快速判别大件运输车辆通过桥梁可行性的方法，但可靠性相对较低。在提高评估效率方面，赵晓晋基于分布式云计算和 MIDAS 建设了安全快速评估系统89，钟杰等依托实际工程建设了“高速公路桥梁智能评估系统”1011，推进了评估方式向信息化、快速化、智能化方向转变。以上方法实现了大件运输通行安全的自动化评估，但是依靠有限元计算的方法普遍存在着效率低下的问题。为此，张龙龙12、余海洋13 针对重庆市简支梁桥探索了通过控制轴载进行评估的方法，但很多省份的桥梁以连续梁为主，导致其试用范围不广。本研究选择控制桥型，整合计算变量，探索大件运输荷载内力与设计荷载内力的最大比值与荷载集度、作用长度的关系，提出大件运输桥梁通行安全快速初筛算法，为传统评估方法做前期补充，以提高总体效率。1控制桥型统计大件运输通行路线上桥梁因结构形式、跨径组合、设计荷载等级、桥宽等的不同，评估时计算的有限元模型多，验算的工作量大。为了明确控制桥型，从山西省大件运输通行安全评估项目中随机选取了 50 套车货总重 300 t 以下的方案(通行范围覆盖了从 20 世纪 90 年代至今各时期建设的桥梁)，统计其验算情况。根据统计结果，各方案的控制桥型均为装配式结构，小箱梁、T 梁、空心板占比分别为 70%，4%，26%。为此，针对其详细验算情况进行分类排序，形成了小箱梁、T 梁、空心板控制桥型各 3 个，具体见表 1。表 1控制桥型详情Tab.1Details of control bridge types序号断面形式跨径组合/m受力形式梁数/片中梁宽/m设计荷载等级123小箱梁320连续42.4公路级325连续42.4公路级130简支42.4汽车超 20 级456T 梁425连续51.7公路级420连续51.7汽车超 20 级340连续61.7汽车超 20 级789空心板梁116简支111.0公路级125简支71.5汽车超 20 级130简支111.0汽车超 20 级28第 2 期赵晓晋，等:大件运输桥梁通行安全快速初筛算法研究按照选择的 50 套方案，以上述桥型分别进行验算。数据表明:表 1 控制桥型大件运输荷载内力与设计荷载内力的最大比值 k 均不小于各方案实际通行桥型计算结果。因此，以上述桥型作为控制桥型，不会降低大件运输通行安全评估的控制标准。2变量整合及计算2.1变量整合超限大件常采用液压平板车运输，主要有单车板、双车板两种装载形式。进行仿真计算时，可采用根据实际轴载、轴距分布自定义的挂车荷载14 模拟，如图 1 所示。图中，Pi(i=1o)为牵引车轴载。对于单车板液压平板车，D 为液