Research on the general method for extrapolating traffic load effects for highway bridges

Accurate knowledge of real traffic load levels is one of the prerequisites for structural safety assessments, and the common method used to extrapolate load effects depends on the analysis of effect crossing rate distribution according to Rice’s Theory. But as proved by the analysis made in this paper from three perspectives (theoretical basis of the method, determination of fitting starting class interval and discreteness of extrapolated effects), the method is flawed in at least three respects: obvious deviation between the presumption of Rice's Theory and the real distribution of crossing rate, narrow application range (extremely high traffic density) and unreliability in extrapolation of effects. Besides, the method only estimates the effects of the return period, without a reliability analysis of randomness in sampling and thus an effective estimation of effect range containing true values. Therefore, this paper, after analysing the relation between return period and extreme value distribution of load effects, as well as the occurrence rule for return period effects, proposes a general method for extrapolating traffic load effects on highway bridges. The general method, with the characteristic of high utilization of sample data in effect extrapolation from crossing rate distribution, is wide in its scope of application; it can be used for traffic flows with different densities and influence lines with different forms and lengths, and provides a confidence interval for estimated effect values. The method thus represents a significant improvement to the reliability of extrapolating effects for different return periods.

Forschungen zur allgemeinen Methode der Extrapolation von Verkehrslastwirkungen auf AutobahnbrüKen.
Eine genaue Kenntnis des realen Verkehrslastniveaus ist eine der Voraussetzungen einer bautechnischen Sicherheitsbewertung. Die verbreitete Methode zur Extrapolation von Lasteinflüssen hängt ab von der Analyse der Effekt-Durchgangsraten-Verteilung entsprechend der Theorie von Rice. Diese Methode hat Schwächen in mindestens drei Bereichen: in ihren theoretischen Grundlagen, der Bestimmung einer passenden Start-Klassenweite sowie der Diskretheit extrapolierter Effekte. Dies wird durch die Betrachtungen im vorliegenden Beitrag gezeigt. Die Theorie von Rice weicht offensichtlich von den meisten realen Verteilungen der Durchgangsrate ab, hat einen engen Anwendungsbereich (extrem hohe Verkehrsdichte) und ist unzuverlässig bei der Extrapolation von Effekten. Zudem werden durch die Methode Auswirkungen der Wiederholungsperiode nur geschätzt: eine Zuverlässigkeitsanalyse zur Wahllosigkeit der Stichproben fehlt, und somit fehlt auch eine brauchbare Einschätzung des Wirkungsbereichs, der den wahren Wert enthält. Daher schlägt der vorliegende Beitrag eine allgemeine Methode zur Extrapolation von Verkehrslasteinflüssen auf Autobahnbrücken vor. Grundlagen sind die Analyse des Zusammenhangs zwischen Wiederholungsperiode und Extremwertverteilung der Lasteinflüsse sowie die Erscheinung einer Regel über die Effekte der Wiederholungsperiode. Ein Charakteristikum dieser allgemeinen Methode ist die starke Nutzung von Stichproben bei der Extrapolation von Effekten aus der Durchgangsraten-Verteilung. Die allgemeine Methode hat einen breiten Anwendungsbereich für verschiedene Verkehrsflussdichten und für Wirklinien verschiedener Formen und Längen. Sie liefert weiterhin einen Vertrauensbereich für geschätzte Effektwerte und somit eine deutlich höhere Zuverlässigkeit der Extrapolation von Effekten für verschiedene Wiederholungsperioden.