安庆长江公路大桥车辆通行状况分析

蔡立彬，徐一超

（1.安徽交通控股集团合安高速公路管理处，安徽 安庆 230008；2.在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室，江苏 南京 211112；3.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）



安庆长江公路大桥车辆通行状况分析

蔡立彬1，徐一超2，3

（1.安徽交通控股集团合安高速公路管理处，安徽 安庆 230008；2.在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室，江苏 南京 211112；3.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

摘要：文章以安庆长江公路大桥为例，基于动态称重系统实测数据，对桥梁通行车辆的轴重、轴数、车速等进行统计分析，具体研究车辆超载超速状况，全面了解桥梁通行车辆状况，建议严格控制6轴车辆的载重量并对全桥车辆的通行速度进行一定的限制。

关键词：桥梁工程；车辆荷载；动态称重；超限；超速

公路桥梁交通荷载在时间和空间分布上具有较强的随机特性，为了解并掌握其运行规律和分布特点需要进行交通荷载调查和合理的统计分析［1-2］。常用的车辆交通荷载调查方法包括［3］载货车辆调查法、档案印证法和动态称重（Weight-in-Motion，WIM）监测，其中WIM系统不仅能测量出车辆的整车重量，而且还能获得车辆的其他信息，比如轴重、轴距、车速和车辆类型等，不仅大大提高了超载执法的效率和交通监控的有效性，而且能够为路面设计、交通管理和运输安全及时提供大量的数据信息。目前，车辆动态称重系统已经在欧洲、北美洲的许多国家和澳大利亚、新西兰等地被大量应用，且从高速公路的应用一直延伸到铁路和桥梁。其中，美国对车辆动态称重系统的应用最为普遍，己形成公路交通保护网。如2003年，美国仅在印第安纳州和德克萨斯州的主要高速公路上就分别约有46个和21个永久性车辆动态称重站，这些车辆动态称重站形成遍及全州的交通数据收集系统网和车辆载重数据库［4］。但美国现使用的车辆动态称重系统在造价和性能上参差不齐，各称重系统所测量的精确度基本上与其造价成正比。所以美国联邦一直提倡开发和推广低造价的WIM系统。相比于发达国家，我国对WIM系统的研究起步较晚，在推广使用方面也较为落后［5］。近年来，国内对动态称重技术的研究发展迅速，己初步形成了一定的技术基础，但是与国外相比，产品的应用还没完全成熟，系统的精度和允许通过车辆的行驶速度还有很大的进步空间。随着我国经济的不断发展和科研实力的不断增强，动态称重系统的市场需求量也越来越大，在公路自动化交通调查、称重收费、轴载检测、限重执法等领域发挥越来越重要的作用。

1　安庆大桥动态称重系统（WIM）简介

安庆长江公路大桥是安徽省八百里皖江上游的第2座长江公路大桥，是国家“十五”重点工程，也是国家高速公路网的重要组成部分，于2004年正式建成通车。主桥为5跨连续双塔双索面刚箱斜拉桥梁，全长1 040 m，主跨长510 m。随着“十二五”期间安徽经济飞速发展，运输车辆尤其是大型重车的增多，公路桥梁现象日益严重，在车辆荷载的反复作用下，桥梁易发生结构性损伤。2013-07，为保证大桥的安全运营及为大桥的养护维修提供科学依据，建成了安庆长江公路大桥结构健康监测系统。

车辆荷载是运营期桥梁的主要荷载之一，车辆超载则是桥梁结构发生损伤的主要原因。动态称重系统（WIM）作为安庆大桥结构健康监测系统的重要组成部分，其主要功能是实时监测大桥中跨位置的车辆载荷与交通流数据。如图1、图2所示，在安庆长江公路大桥南北两端分别安装动态称重系统，首先对进入大桥的车辆进行实时监测，高清摄像机安装在就近的LED屏龙门架上。南北两端的监测系统分别将采集到的车辆数据通过现有光缆实时传送给管理中心的监测系统。大桥上南北两塔分别安装高清摄像机，对行驶至大桥接近中跨位置的车辆进行二次抓拍，并将采集到的车辆数据通过现有光缆实时传送给管理中心的监测系统。通过间接方式即可实时获得大桥中跨位置的车辆载荷与交通流数据。

图1　动态称重系统平面布置示意图

2　基于WIM的安庆大桥车辆超载超速分析

汽车荷载（动荷载）是桥梁设计考虑的主要活载，也是导致桥梁破坏的主要原因之一。动荷载是由于汽车受到桥面不平顺的激励产生的振动引起的，汽车和桥梁的振动是耦合在一起的，所以汽车作用于桥梁的动态荷载与汽车质量（载重)、汽车速度与桥梁类型、路面不平顺等因素有关。本文对2014-10-05安庆大桥动态称重系统采集的数据进行超载超速分析。

图2　车牌抓拍布设示意图（单位：m）

按照我国国家划分各类汽车标准规定，微轻型车轴重为6 t以下，中型车为6~14 t，重型车为14 t以上。2014-10-05T0∶00~23∶59，安庆大桥共计通行车辆24 222辆，其中微轻型车19 715辆，中型车1 135辆，重型车3 372辆。全天全桥双向4车道通行车辆中各轴数车辆的通行量和最大称重见表1，其中最大称重达到122.93 t，是超限标准的2.24倍。大量超限车辆长期在桥面上行驶会造成桥面铺装大面积损坏，进而导致桥梁损坏。基于称重系统对车辆各轴数下的超载车辆数量进行了统计，结果见表2。由表2可以看出安庆大桥通行车辆超载严重，超载率达6.22%，尤其是6轴及6轴以上的车辆超载率达到68.8%，远远超出其它轴数车辆的超载率。

表1　动态称重系统最大车辆荷载统计

表2　动态称重系统超载通行量统计

对2014-10-05安庆大桥全天车辆通行车速进行分析，其中最高车速为160 km/h，平均车速为83.6 km/h，车速分布示意图见图3。由图3可以看出，通行车辆车速主要在50~110 km/h，与设计车速100 km/h相比，超速的车辆达到4 194辆，占到总通行量的17.31%；与高速公路的最大设计车速120 km/h相比，超速车辆达到372辆，占总通行量的1.54%。综上所述，从行车安全性和桥梁安全性（降低动力放大系数）的角度出发，有必要对全桥通行车辆的速度进行一定的限制。

图3　安庆大桥全天车辆通行车速分布示意图

3　基于长期监测数据的车辆通行状况分析

按照交通运输部等七部委于2004 -04-30发布的“关于在全国开展车辆超限超载治理工作的实施方案”，对于2轴车辆车身和货物总重超过20 t、3轴车辆车货总重超过30 t、4轴车辆车货总重超过40 t、5轴车辆车货总重超过50 t、6轴及六轴以上车辆车货总重超过55 t等5种情形应认定为超限超载车辆。本文对2015-03全月安庆大桥动态称重系统采集的数据进行统计分析，具体包括：（1)通行车辆总轴重分析，对每天不同超载程度的车辆数目进行统计，分为55 t（超载）、70 t（超载30%）、100 t（超载80%），结果见图4；（2)通行车辆总轴数统计，对统计时间段内不同轴数的车辆数目进行统计，分为2轴、3轴、4轴、5轴、6轴、6轴以上车辆，结果见图5；（3)通行车辆方向和车流量统计，对每天在桥上通行车辆，按照通行方向进行车流量统计，结果见图6。

基于以上对通行车辆各特征参数统计规律的研究可以发现：（1)安庆长江大桥日车流量在1.5万~2.5万（其中由于2015-03初属于春运回城期，车流量较高，特别地03-05是元宵节，车流量明显回落）；（2)通行车辆以2轴车为主（小汽车或2轴火车），占比接近80%，6轴车次之，比例高达10%，即每天有接近2 000辆左右的6轴货车通过安庆大桥，同时该类车也是超载的主要车型；（3)每天的通行车辆中有800辆左右的车辆超载，其中一半的车辆超载超过30%，超载超过80%的车辆数量较少但是仍然存在。

图4　2015-03安庆大桥超重车辆统计

图5　2015-03安庆大桥车流量统计

图6　安庆大桥车辆轴数分布图

在此基础上，本文对2014年全年安庆大桥动态称重系统采集的数据进行统计分析，结果见图7和图8，其中设计车速100 km/h，设计荷载汽车-超20级，挂120。结合统计可以发现安庆大桥超速车辆占总通行量的10%，其中超速10%以上的达3.57%；安庆大桥车辆超载现象较为严重，超载率达11.08%，其中超载超过80%（100 t以上载重）的车辆仍然存在。

4　结论

基于动态称重系统实测数据，本文对安庆长江公路大桥通行车辆组成和车辆超载超速进行统计和分析，对桥梁车辆的实时情况有了较深入了解，发现安庆大桥通行车辆中超载车型以6轴车为主，每天仍存在一定数量的车辆属于严重超载，超速现象仍屡见不鲜，因此结合本文分析对桥梁运营管养工作提出如下两点建议：

图7　安庆大桥超重车辆统计

图8　安庆大桥车流量统计

（1）大量超限车辆长期在桥面上行驶会造成桥面铺装大面积损坏，钢箱梁发生严重疲劳，易造成桥梁损坏。因此需要加强对大桥上通行车辆的过桥管理，尤其是对于六轴车辆需要严格控制载重量，对于超载严重车辆需强制采取卸货、分流、单独通行等措施，减轻桥梁负担，确保交通安全。

（2）从行车安全性和桥梁安全性（降低动力放大系数）的角度出发，有必要对全桥通行车辆的速度进行一定的限制，考虑在桥上试实行超速罚款扣分等处罚措施。

参考文献

［1］陈敏，李莉，岳峰，等．公路桥梁疲劳车辆荷载研究中的 WIM数据分析［C］∥第 17 届全国结构工程学术会议论文集 （第Ⅱ册）． 2008.

［2］孙守旺，孙利民．基于实测的公路桥梁车辆荷载统计模型［J］．同济大学学报：自然科学版，2012，40（2）：198-204.

［3］封浪，董晓绚．大型车超载监测及数据分析研究［J］．公路交通科技 （应用技术版），2014，12：132.

［4］Abbas A R，Fankhouser A，Papagiannakis A. Comparison between Alternative Methods for Estimating Vehicle Class Distribution Input to Pavement Design［J］． Journal of Transportation Engineering，2014，140（4）：634-647.

［5］童乐为，沈祖炎．城市道路桥梁的疲劳荷载谱［J］．土木工程学报，1997，30（5）：20-27.

Analysis of Vehicle Traffic Condition of Anqing Yangtze River Bridge

Cai Libin1， Xu Yichao2，3
（1. Hean Expressway Management Department， Anhui Transportation Holding Group Co.， Ltd.， Anqing 230008， China；2. The State Key Laboratory on Safety and Health of In-service Long-span Bridges， Nanjing 211112， China；3. JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Abstract:Taking Anqing Yangtze river bridge as an example， the axe load， number of axles and the speed of vehicle passing bridge are analyzed statisticaly based on the measured data of WIM. Meanwhile， the overload or overspeed of vehicle are researched and the traffic condition of bridge is comprehensively understood. It is suggested that the load carrying capacity of vehicles with six axis should be controlled strictly and traffic speed of vehicles should be limited.

Key words:bridge engineering； vehicle load； dynamic weighing； overloading； overspeed

中图分类号：U446.2

文献标识码：A

文章编号：1672–9889（2016）03–0036–04

收稿日期：（2016-02-26）

作者简介：蔡立彬（1975-），男，安徽霍山人，工程师，主要从事轨高速公路与桥梁的运营养护管理工作。