一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114936398A(43)申请公布日2022.08.23(21)申请号202210518718.4G06F119/04(2020.01)(22)申请日2022.05.12(71)申请人石家庄铁道大学地址050043河北省石家庄市北二环东路17号(72)发明人曹文龙卜建清荀敬川赵存宝张连鹏张吉仁王雪彦(74)专利代理机构成都东恒知盛知识产权代理事务所(特殊普通合伙)51304专利代理师李英(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06K9/62(2022.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法(57)摘要本发明涉及一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，所述荷载效应计算方法包括：采用Monte‑Carlo随机抽样方法建立随机车辆模型，根据车桥耦合效应计算桥梁典型位置的应力时程，并通过雨流计数法及GMM聚类算法建立随机车辆荷载作用下的桥梁荷载效应模型；根据桥梁荷载效应模型计算随机车辆作用下的桥梁荷载效应，得到桥梁典型位置的应力幅值分布规律。本发明通过随机车辆荷载模型对各类桥梁的荷载效应进行计算以及疲劳寿命预测，不需要在中小跨径钢桥及钢混组合桥梁设置健康检测系统就可以得到荷载效应谱，进而降低了后期成本，提高了经济效益。CN114936398ACN114936398A权利要求书1/2页1.一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，其特征在于：所述荷载效应计算方法包括：采用Monte‑Carlo随机抽样方法建立随机车辆模型，根据车桥耦合效应计算桥梁典型位置的应力时程，并通过雨流计数法及GMM聚类算法建立随机车辆荷载作用下的桥梁荷载效应模型；根据桥梁荷载效应模型计算随机车辆作用下的桥梁荷载效应，得到桥梁典型位置的应力幅值分布规律。2.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，其特征在于：所述采用Monte‑Carlo随机抽样方法建立随机车辆模型包括：A1、根据统计数据及现场观测结果确定桥梁上的车型、车流量、车间距、车速、车重及车横向分布规律；A2、指定抽样总数，分别建立车型、车流量、车间距、车速、车重分布函数及车横向分布函数；A3、根据车型概率表生成随机车型，并将其赋值给每辆车；A4、每种车型的车重分布规律不同，根据步骤A3生成的车型及该车型的车重分布函数，随机生成每辆车的车重；A5、每种车型的车速分布参数不同，根据步骤A3生成的车型及该车型的车速分布函数，随机生成每辆车的车速；A6、根据车辆横向分布规律，随机生成每辆车所占车道。3.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，其特征在于：所述根据车桥耦合效应计算桥梁典型位置的应力时程包括：B1、建立桥梁有限元模型，对于钢桥来说，桥面板、钢梁采用壳单元，纵向支撑和水平支撑采用梁单元，边界条件应符合实际情况；B2、建立车辆模型，车辆模型需根据实际调查确定，车型可根据轴数确定，对于同一轴数的车辆，按照加权平均的方法求出平均轴距，作为车桥耦合效应计算的车辆轴距；B3、确定桥面不平顺等级；B4、分别对不同车型车辆赋予不同车速及车重，计算车辆通过桥梁时典型位置的荷载效应，如应力幅。4.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，其特征在于：所述通过雨流计数法及GMM聚类算法建立随机车辆荷载作用下的桥梁荷载效应模型包括：C1、根据建立的随机车辆模型，将单辆货车行驶过程中的应力时程进行叠加，得到随机车辆荷载作用下桥梁典型位置的应力时程；C2、采用雨流计数法对应力时程数据进行处理，得到随机车辆作用下桥梁典型位置的应力幅值；C3、应力幅值服从多个高斯分布线性组合而成的高斯混合分布，通过GMM聚类算法确定高斯混合分布的各个参数。5.根据权利要求2所述的一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法，其特征在于：车型分布为车重大于预设重量的货车，按照轴数将货车分为多种车型，对2CN114936398A权利要求书2/2页于同一轴数的车辆按照加权平均的方法求出平均轴距作为车桥耦合效应计算的车辆轴距。3CN114936398A说明书1/6页一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法技术领域[0001]本发明涉及桥梁安全技术领域，尤其涉及一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法。背景技术[0002]钢桥及钢混组合桥梁的疲劳问题一直受到桥梁设计者及运营者的广泛关注，桥梁受到的疲劳荷载包括车辆荷载、温度荷载、风荷载和水流荷载等，其中以车辆荷载对桥梁的疲劳寿命影响最为显著；针对车辆产生的荷载效应，