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关于巴基斯坦州公路桥梁的活载
校准因子的设计研究
Sabaa Shoaib1，liaqat.A. Qureshi2，穆罕默德Fahad3
摘要：所有桥梁结构负载最有活力的，是在确定结构强度中发挥至关重要作用的活荷载。桥是具有承担所有轴重荷载组合效应的结构，因此对用于重活荷载的结构进行仔细设计是非常必要的，期望其在预计使用年限里不出问题。对于一般桥梁不同于那种大桥（设计能够承受这样的百万车轴载荷的应用）可能是无法承受的，是无法承受这样一个重负荷。在此项研究中，已经对国家高速公路的超载车辆进行了监控和适当的分析。已经比较了由“实践的西巴基斯坦规范公路桥梁（WPCPHB）”和“国家公路和运输官员协会（AASHTO）”收集到的交通数据和统计的权衡分析车辆活荷载模型。WIM站位于N-5，被巴基斯坦的最大的也是最过分拥挤的高速公路动态称重台选中。WPCPHB和AASHTO已经提出了两种活载校准因素，用于公路桥梁在巴基斯坦设计的负荷模型。
关键词：WIM，现场负荷模型，AASHTO，桥建模
1引言
在巴基斯坦，WPCPHB的Class-A和Class-AA活荷载仍在与AASHTO代码一起使用。 WPCPHB是一个古老的代码，需要修改。桥的携带负载的能力直接由设计负载决定，涉及到桥梁[1]的耐久性的影响。桥梁活荷载作用的特征也取决于车辆总重量外的其他因素，例如桥梁的跨度，轴间距，轴数，车载占用，车道数和车辆数[2]。
对于国家公路桥梁设计，在巴基斯坦不健康的市场竞争和非法改装/卡车上的道路两侧或在小巷码生产/制造上，已经把桥梁的设计和服务条件拖入了超载的状态。由于非法制造卡车以及它们的相应数不足车轴（由于缺乏车辆设计规范），并且还限定间距使齿桥结构遇险的状态，导致强度的足够量的已经丢失，那么即使是设计车辆也可以是视为过载到桥的上层建筑[3]。
当超载车辆已遮蔽轮轴间距，从而加剧了该结构不能由任何可靠的分析工具来预测这种效果的问题 [4]。这种情况导致了在巴基斯坦发行超载许可证主要靠交通控制人员基于自己的看法或智力。国家公路管理局进行了一项研究，车辆近80％过载在巴基斯坦。其中车辆超载70％是2，3，4轴货车。不仅非法改装而且货车的品牌失去了重大修改与技术的进步[5]。
在巴基斯坦，只有一个法律文件--美国国家公路安全条例，调节轴负荷控制制度，但不幸由于缺乏强制执行，有没有这样的限制实际上已经没有了作用 [6]。该法规发挥着车桥负载控制机制的重要作用，因为它证明了代价高昂的结构，可以保证桥梁的使用寿命[7]。
1.1历史背景
由于桥梁活荷载的影响，尤其是在二战结束后不久，重战装备必须通过当时的桥梁运输，这样它们的结构可靠性就成了一个问题。在开始的时候，各种桥梁设计规范之间的比较研究已得到科学家和研究人员的注意，后来就导致了实践中的不同代码的校准。
1.1.1相关国际研究
诺瓦克（1993）中叙述了一些活荷载的某些参数，如传输到车轴载荷车辆占用上桥纵向和横向卡车的重量，车的配置和功能，上桥，梁间距，跨距长度和车辆数砖和梁的结构刚度。然而，这些因素的影响已被分开考虑。他所用的卡车的统计数据，称重在运动时数据和其他数据，以产生所形成的在AASHTO活载规定的基础活荷载模型。
LRFD和OHBDC代码。
由运输密执安部门进行的研究报告UMCE 94-22（1994年12月）提出了一种用于评估使用车辆总重量（GVW）与车轴载荷沿及其间距演变统计参数密歇根桥梁活荷载的频谱实际活荷载建模。这项研究提供了基于移动密歇根桥梁实际活荷载钢桥疲劳有价值的信息。
海伍德博士和埃利斯（1996）提出在澳大利亚桥梁上建设一个新的交通负荷。这项研究的目的是开发有可能定期往返在其寿命（期望负载），卡车装载的桥梁和重型车队的交通在澳大利亚的创新交通的负荷模型。在另一项研究为考虑到了AASHTO州际公路交通的影响，因为1965年，而一些国家正在利用HS25代替HS20以满足他们的交通繁忙，但仍然没有提供跨境车辆模型的评估进行的Kulchki（2006）实际流量表示充分。同时，在桥梁结构的配置变化加入到这个问题，因此需要感觉到更新的规格包括现场的负荷模型，梁分布的因素，多因素的存在等，并最终制定了岗位州际设计时代。 AASHTO LRFD的结构响应和行为的评价提供了健全的基础不是在历时93 HL考虑到州际时代的开始做。对于结构载荷和耐统计数据可以用来通过采用桥（载荷和阻力系数评级代码（LRFR））额定载荷获得更均匀的水平。
在中期报告（SPR 635 - 2006年6月），交通运输的俄勒冈部门通过LRFR校准因子进行了额定负荷的桥梁。该LRFR的活荷载码被基于单重卡车为卡车交通在全国范围内的代表。然而这个研究带来的使用称重在运动的卡车交通数据，并进行分析以获取校准因素俄勒冈州。交通运输部俄勒冈使用报告中所描述的一个量身定制校准。然而的法律限制在很大程度上减少了校准因子的实施。
类似的演习已通过了美国密歇根州立在2008年4月进行的一项调查和校准，密歇根卡车运输的活荷载具体从WIM站获得的。安迪·艾纳尔斯在28日的国际波罗的海公路会议提出为拉脱维亚道路和桥梁做研究，其中有人提到网桥设计使用寿命长达百年，而且实际流量特性与设计规范建议不同。
Lativa设计的代码过去的20年中，两个负载之间产生的几乎200％的的差异。为了节省维护桥梁的成本，有必要适应实际的交通状况。在过去，这是一个艰难的任务，但是现在是一个引进称重在运动站，在一个可靠的货车通行数据库中访问收集偏见的流量数据。该数据可为合股车辆速度车轴数，每车轴载荷，车辆质量和等来获得，以便正确地模拟真实的流量。这包括如数据 - 轴数，轴距车辆等，速度和轴重这完全塑造了实际负载的道路和桥梁的照片。
该研究提出了交通负荷模型，并与Lativa在桥梁高达30米跨度中的欧洲负荷模型LM1校准因子alpha;相似，包括跨度超过此标准的不同的负载以上的型号。西瓦库玛，戈恩，摩西NCHRP 135（2008）提出的协议和方法使用不同的近期卡车交通数据，以正确表示目前中美交通荷载产生的活荷载校准模型。 HL 93是利用1975年的交通数据，该数据由安大略省交通部制定的HS20和车道负荷和HS20的组合得来的。自20世纪70年代，由于卡车交通量等特性如增加GVW的剧烈变化要遵循交通密度和复杂的卡车配置，故没有合理的依据，。
默茨博士（2009年）提出，活荷载的比例，并跨越增长带跨距长度，并且为了在所有的跨度范围达到均匀的可靠性，有必要与HS20-44施加变化的负载因数结合，这导致所谓的HL-93假想的活荷载模型的新活荷载模型，结合HS20-44和一个车道负载产生的跨度的，使所有范围内偏差的发展更均匀和一致。
Tamakoshi和中洲（2010）提出的活荷载模型校正生成负载和阻力因素，是根据他能表现出多大高性能的基础上设计的，是在研究负载因素基础上，在当前规范的设计水平目标为基础设计的。通过这种方式，可以实现基于性能和水平的更合理的桥梁设计。
西瓦库玛，戈恩，摩西在NCHRP报告683（2011年）中提出的方案和方法，使用不同的近期卡车交通数据，以正确表示目前中美交通荷载产生的活荷载校准模型。 HL 93是HS20和一个车道负载的组合，并使用1975年的具有不合理的基础。自20世纪70年代，由于卡车交通量和其它特性，如增加的总重量，流量的急剧变化要遵循的业务数据由安大略省交通部被开发密度和复杂的卡车配置，为研究交通从13个不同的地点WIM站收集和发现可靠的真正代表当前的流量趋势。用于模拟不同的状态和因素的交通状况。
美国如佛罗里达州，印第安纳州和加利福尼亚州用两种方法进行设计，以满足在不同状态下的卡车流量的变化。在方法I，因子“R”应用于校准AASHTO和（r）的活荷载，它是从AASHTO LRFD WIM数据和最大弯矩最大弯矩的比例获得。在校准的第二种方法，结构的可靠性指数作为目标，该研究有某些重要的结果如下：
- 轴数不会对的R值有很大的影响。
- 增加总重量也没有于r值有很大的影响。
- 卡车配置具有比r值总重量或车轴数更显著的效果。
- 不符合法律规定，过载货车导致的R值高层。
- 一些法律赋予许可证的车辆的负载只有小幅度上涨的R值。
在交通运输部密苏里州进行的一项调查（2011年）中指出桥梁适用性和可靠性的诸多因素，如桥梁，车辆总重，交通密度/体积，耐承载负荷的配置的功能。GDF等成立的桥梁，GVWs和交通密度的结构的地区变化很大。一个国家研究表明在ADDT存在广泛的差异，因此，活荷载的校准完成基于在密苏里从24 WIM站得到的业务数据。
密苏里州的交通数据曾被用来调查结构的可靠性指标。结果发现，大多数在密苏里州的桥梁具有低于3.5的可靠性指标，因此需要重新为密苏里活荷载校准。黄某、阮和金在2012年制定的方法确定了在韩国桥梁基于可靠性评估和设计活荷载因素。他从设计负荷因子的不同发现桥梁的评估活荷载因素。对于桥梁的评估，他发现在1.24至1.58取决于ADTT卷，并为它取为1.8桥梁的设计。差异在统计活荷载模型设计和桥梁进行评价。该比较也参与一些国际代码的执行。
ACECOM（2013）提出了新西兰运输局的报告，在报告会上强调，对于在新西兰的公路桥梁目前的车辆装载于1972年推出，并不会真正的和适当的为装载在新西兰桥梁提供更多的设计或评价。研究表明，作为桥被设计为长寿命，有可能伴随今后的新西兰桥重车辆，群众目前应该加以考虑。在由澳大利亚公路桥梁荷载进行Austroads一项研究发现，对经济最优质量限为近一倍的现有限制，因此桥梁荷载应该是无限制的增加，以确保未来的负载桥的强度和可靠性。在相同的研究中，新西兰运输代理大桥手册的负荷接近国际标准。详细调查/分析得出的结论是修改NZ桥手册（现有）或桥装载AS5100澳大利亚标准，用于当前的交通场景的容纳溶液。报告还建议装载模式，是澳大利亚设计车辆在新西兰桥梁设计的80％。推荐加载生成比目前桥人工装载高50％的行动。
1.1.2国内相关研究
NHSO2000之前，巴基斯坦没有任何关于控制卡车超载的法规，结构和道路的恶化是导致了比较高的维护成本，因此国家财政部的负担过重。
尽管一些研究较早前已经完成，但国家交通研究中心于1982年才进行了第一次由世界银行国际开发协会资助的第三个高速公路项目的研究。轴重数据是在35站测量。当时的交通数据显示的96.5％的成分是2轴货车Breford，而其它轴卡车在交通组成中显得微不足道。在1982年，进行了与该车辆的车轴的配置一样的车辆的另一项研究，这项研究对没有涉及的轴重的组成进行了详细规定。
一项对Chilver运输及道路研究实验室（R-314）的研究是由海因和巴基斯坦的公路货运业于1986年完成的。他们对其3500个卡车司机进行了采访，并就车辆的年龄数据，类型，制造商，所有权，关税，运行性能，负载，成本等做了相关的详细记录。当时较大的车辆都还没有出台多少，进入巴基斯坦的交通流就更少了。
相关咨询工程师于1988年进行的统计显示，其中2460辆的数据是通过在道路注释中描述的步骤，使用便携机车轴总重达17站的记录进行研究。该研究主要针对N-55（从白沙瓦国道卡拉奇）的流量。在这项研究中，在最小范围对拖拉机小车4轴串联后（原动机与拖车）给予最大的破坏因素。
1989年，装载货车的调查是由旁遮普公路学会道路研究和拉合尔和费萨拉巴德附近材料测试进行的。在这些52人拖拉机trollies中，被调查的装载车辆的数量是302。
国家工程服务巴基斯坦列兵有限公司（1993）进行的轴重的研究、 ACE和NTRC研究发现上述不涉及当前的交通状况。因为它发现，同等标准车轴/辆增加了很多倍。轴重调查是由谢胡布尔，木尔坦，D.G在汗高速公路进行的。它已为不同轴配置的车辆提供标准的车轴/辆的值。
NTRC（1995）进行的轴重研究了解到巴基斯坦商用车超载的程度。该数据收集所有车轴载荷，所有类型的卡车，交通量，胎压，车辆的配置（类型，使等），并由这些卡车进行货物运输。
许多研究都遵循关于巴基斯坦道路，但是在结构/桥的一部分轴重的破坏性影响尚未得到强调，尽管结构崩溃或失败是主要由行走在桥上的活荷载所造成的。
阿赫塔尔（2005年）在他的技术出版物中，在更新代码在实践用于巴基斯坦桥梁设计周期有关的基础负荷中，他提出了一个新的装载“A级-1”，包括3轴串联单卡车对抗为来往的桥梁巴基斯坦不断增长的流量需求。他提到这样的车辆的长度应31ft，他还建议将两个连续之间的距离从65英尺减少到30英尺，以便模拟的当前交通状况（拥挤）。他还提到，通过应用推荐载荷，弯曲力矩会很好地和法国的负荷比较。但研究中有一定缺憾，如车辆列车仅沿纵截面和未计算沿着横向部车辆的占用考虑。
多车道存在显著减少重型卡车流量占用第二条跑道的可能性。单一的车辆占据的桥梁跨度只有一个狭窄的范围，只跨越30英尺，60英尺，80英尺的覆盖。卡车交通数据已经使用，研究一个非常基本的排序只是为了突出实践更新，对活载荷的现行规范的讨论有一定的必要性。
2研究方法
2.1 WIM数据和排序：
称取在运动数据呈现区域的当前的交通状况，并已用来监视车辆超载。可在WIM数据系统通常有两种类型的是：
1、具有轴数的记录数据表
2、有GVWR记录以及轴重数据表
从Mulaan曼苏尔称重站获得的W
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