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基于WIM和SHM系统的公铁两用桥梁车辆荷载统计模型分析

卢光明 何越磊 孟晓亮

卢光明, 何越磊, 孟晓亮. 基于WIM和SHM系统的公铁两用桥梁车辆荷载统计模型分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(1): 43-48. doi: 10.12299/jsues.24-0174
引用本文: 卢光明, 何越磊, 孟晓亮. 基于WIM和SHM系统的公铁两用桥梁车辆荷载统计模型分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(1): 43-48. doi: 10.12299/jsues.24-0174
LU Guangming, HE Yuelei, MENG Xiaoliang. Analysis of statistical model of vehicle load for combined road-rail bridges based on WIM and SHM systems[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(1): 43-48. doi: 10.12299/jsues.24-0174
Citation: LU Guangming, HE Yuelei, MENG Xiaoliang. Analysis of statistical model of vehicle load for combined road-rail bridges based on WIM and SHM systems[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(1): 43-48. doi: 10.12299/jsues.24-0174

基于WIM和SHM系统的公铁两用桥梁车辆荷载统计模型分析

doi: 10.12299/jsues.24-0174
详细信息
    作者简介:

    卢光明(1995 − ),男,硕士生,研究方向为桥梁健康监测。E-mail:1323581924@qq.com

    通讯作者:

    何越磊(1972 − ),男,教授,博士,研究方向为轨道基础设施状态检测与服役性能研究。E-mail:hyldoc@163.com

  • 中图分类号: U448.12

Analysis of statistical model of vehicle load for combined road-rail bridges based on WIM and SHM systems

  • 摘要: 公铁两用桥梁的疲劳主要源于汽车和列车荷载的耦合作用。针对这一现象,对某跨长江千米级跨度公铁两用悬索桥的动态称重(WIM)系统和结构健康监测(SHM)系统的实测车辆荷载数据进行深入分析,采用典型概率密度函数拟合车辆荷载的相关参数。结果显示:公路和铁路的车辆荷载参数相近;车辆质量呈多峰分布且具有厚尾特征;汽车轴质量比例和列车轴质量呈正态分布;V10类车型速度服从高斯混合分布,其余车型车速均服从正态分布;车头时距呈伽马分布,且列车时距显著大于汽车时距。随机车流与实测车流具有高一致性,表明所建立的车辆荷载统计模型适用于公铁两用桥梁的疲劳分析。
  • 图  1  桥梁多节段有限元模型

    Figure  1.  Multi-segment finite element model of bridge

    图  2  2021年7月至2022年5月交通量

    Figure  2.  Traffic volume from July 2021 to May 2022

    图  3  V3车型轴质量比例拟合

    Figure  3.  Axle mass ratio fitting for V3 vehicle model

    图  4  V10车型轴质量拟合

    Figure  4.  Axle mass fitting for V10 vehicle model

    图  5  V3和V10车型车速拟合曲线

    Figure  5.  Fitting curves of V3 and V10 vehicle speeds

    图  6  车道1、2和9车头时距拟合

    Figure  6.  Headway fitting curves of Lane 1,2,9

    图  7  随机车流模拟结果

    Figure  7.  Random traffic flow simulation results

    图  8  实测与模拟对比

    Figure  8.  Comparison of measurement and simulation

    表  1  桥梁结构参数

    Table  1.   Bridge structure parameters

    项目 高速公路桥面 高速铁路桥面
    设计速度/( km·h−1) 100 250
    跨径布置/m 84 + 84 + 1092 + 84 + 84 84 + 84 + 1092 + 84 + 84
    车道布置 双向8车道 4线铁路
    结构类型 钢桁架悬索桥 钢桁架悬索桥
    监测系统 WIM和SHM SHM
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    表  2  车型示意图

    Table  2.   Vehicle schematic diagram

    车型 车型示意(表示单轮和双轮)
    V1
    V2
    V3
    V4
    V5
    V6
    V7
    V8
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    表  3  车型交通量及比例

    Table  3.   Vehicle traffic volume and proportion

    车型 交通量/辆 比例/%
    V1 23 340 18.46
    V2 42 327 33.48
    V3 8 627 6.82
    V4 1 987 1.57
    V5 9 573 7.57
    V6 2 713 2.15
    V7 5 702 4.51
    V8 31 214 24.69
    V9 250 0.20
    V10 708 0.55
    合计 126 441 100.00
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    表  4  车型分布及占比

    Table  4.   Vehicle type distribution and proportion

    车道交通量/辆比例/%
    134 90627.61
    223 27918.41
    31 8941.50
    43370.27
    535 63628.18
    626 76121.16
    72 2311.76
    84390.35
    91740.14
    107840.62
    合计126 441100.00
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    表  5  车道及车型随机车流模拟结果

    Table  5.   Lane and vehicle random traffic flow simulation results 单位:辆

    车型 车道1 车道2 车道3 车道4 车道5 车道6 车道7 车道8 车道9 车道10
    V1 3891 6878 375 16 3891 6878 375 16
    V2 10907 8067 1486 238 10907 8067 1486 238
    V3 2535 1529 0 0 2535 1529 0 0
    V4 580 401 0 0 580 401 0 0
    V5 2813 1573 0 0 2813 1573 0 0
    V6 843 343 0 0 843 343 0 0
    V7 1946 693 0 0 1946 693 0 0
    V8 11326 3727 0 0 11326 3727 0 0
    V9 244 6
    V10 540 168
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-15
  • 网络出版日期:  2026-05-27
  • 刊出日期:  2026-03-01

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