桥梁动态称重系统在板桥中的应用研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion:BWIM)系统是以桥梁为载体来识别过桥车辆的轴重及总重量。目前商用BWIM系统均利用桥梁跨中弯矩影响线作为参考来识别过桥车辆轴重。因此,获得更为符合桥梁实际边界条件的影响线对于提高车辆轴重识别精度具有重要意义。基于一跨径13 m的简支板桥的现场试验,利用最小二乘原理,通过标定车作用下桥梁跨中截面的动态响应信号来标定实际桥梁结构影响线。然后采用Moses算法,依据标定的影响线,对过桥车辆进行了轴重识别。计算结果表明:对于多车道板桥,每个车道的实际影响线有一定差别,而影响线的选取直接影响轴重识别的精度,所以需对每个车道进行影响线标定,然后基于车辆经过该车道所得到的影响线来反算过桥车辆轴重。     

非匀速算法在桥梁动态称重中的应用研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-Motion:BWIM)系统是以整座桥梁作为载体来识别车辆轴重。Moses算法是BWIM系统中较为常用的方法,也是目前商用BWIM系统采用的算法。其理论是基于桥梁的实际影响线,通过最小化实测桥梁响应与理论桥梁响应之间的差值来计算车辆轴重。Moses算法假定车辆以匀速行驶,当车辆以非匀速行驶时,该算法难以将速度的变化考虑进去,给轴重计算带来了困难。针对Moses算法在这一点上的局限性,提出了非匀速算法,并运用MATLAB软件进行了数值模拟分析。分析的结果表明,在考虑速度变化时,非匀速算法能够取得较高的轴重计算精度,尤其是在单轴重的计算上具有显著优势。     

BWIM系统应用于正交异性钢桥面的整体效应分析

桥梁动态称重(BWIM)系统可通过标定正交异性钢箱梁的纵向加劲肋以识别车辆的轴重信息。基于标定车行驶过桥产生的动态响应信号,计算得到桥梁纵向加劲肋的弯矩影响线;然后基于标定影响线,进而识别过桥车辆的轴重及总重等信息。车辆荷载作用于钢桥面时,得到的动力响应信号可以视为由两部分组成,一部分是加劲肋的响应,称为局部效应,另一部分是箱梁的响应,称为整体效应。基于广东省佛山市佛陈新桥的现场试验,选择四分点和支点两个不同的测试断面进行标定试验,分析BWIM应用于正交异性桥面板时整体效应的影响。结果表明:对于正交异性钢箱梁桥,支点处的局部效应更加显著,整体效应相对较小;四分点及支点两个测试断面的轴重识别均具有较高的精度。     

应用于大跨混凝土箱梁桥的BWIM试验研究

桥梁动态称重(BWIM)系统将桥梁结构视为一个称重平台,并以桥梁结构影响线为参照,计算过桥车辆的重量。车辆信息的精确高效获取将对现代交通管理和桥梁健康监测等领域产生重要影响。与理论影响线相比,现场标定的影响线可以更加真实地反映桥梁的受力特性,因而可以获得更好的车辆称重精度。传统的BWIM系统利用安装在路面的车轴探测传感器获得车轴识别信息(轴数、轴距、车速)。为了实现车轴信息的无损探测,该文提出基于快速傅里叶变换的BWIM算法,利用安装在桥底的FAD传感器识别车轴信息,并利用现场标定的影响线识别车辆轴重,将BWIM系统的应用扩展到大跨混凝土箱梁桥。试验结果表明:快速傅里叶变换可以有效提高车轴信息识别精度,对于整体刚度大、横向效应不明显的桥梁,各车道可采用统一的影响线计算车辆轴重和总重。     

基于U肋横向影响线的轴重识别算法研究

BWIM系统应用于正交异性桥面(Orthotropic Steel Deck:OSD)时,纵向U肋是搭载BWIM系统的优良载体。当车辆在OSD横桥上不同位置时,由于U肋的局部受力特点,其纵向U肋之间的响应会呈现出一定的规律性。提出利用U肋的横向影响线对车辆轴重识别的方法,并对该方法进行了理论计算推导。通过对实桥开展标定试验、静力试验和有限元ANSYS对桥梁箱梁节段进行模拟,并利用该方法对桥面车辆荷载进行识别,结果表明:有限元模型能够真实反映桥梁节段模型的真实受力情况;基于U肋横向影响线的轴重计算方法能够有效识别桥面车辆荷载,识别结果较为理想。进一步分析发现,后轴的结果总是优于前轴的识别结果。     

桥梁动态称重系统在刚构-连续箱梁桥中的试验研究

基于最小二乘法原理,利用桥梁动态响应信号标定桥梁结构实际弯矩影响线,然后根据桥梁不同车道实际标定影响线计算过桥车辆轴重和总重。基于某刚构-连续箱梁桥的实桥试验,提出了适用于大跨箱梁桥的简化影响线标定方法。实桥试验及研究结果表明:基于快速傅里叶变换的BWIM系统可以有效地提高车轴信息的识别精度,可有效解决基于大跨径混凝土桥梁结构进行轴重识别时桥面板在车载情况下局部效应不明显,车轴信号不易识别的问题,从而将BWIM系统应用到大跨连续箱梁桥结构。基于快速傅里叶变换的新型BWIM系统可以有效识别过桥车辆车速、轴重等信息,可为桥梁结构超载风险评估和健康监测提供有效依据,为现代公路交通运输系统的管理和决策提供数据支持。     

基于车致桥梁响应和L1正则化的损伤识别研究

桥梁损伤识别是典型的反问题,通常需采用正则化手段求解。基于L₁正则化的损伤识别方法能很好地利用损伤所具有的稀疏性,在桥梁监测领域得到了广泛的应用。此类方法通常利用频率和振型的变化作为判断损伤的依据,然而实际测试中可获得的频率阶数有限、振型测试精度低,严重影响其效果。采用移动荷载激励下的桥梁动力响应,提出一种基于有限元模型修正技术和L₁正则化的损伤识别方法。首先,采用数值算例系统比较局部损伤导致的桥梁频率变化与车致桥梁动力位移-时间曲线面积变化情况,结果表明相比于频率变化,车致桥梁动力位移-时间曲线面积的变化更适合用于损伤识别。其次,提出基于有限元模型修正技术和L₁正则化的桥梁损伤识别方法。将桥梁有限元模型中的单元刚度折减因子作为待修正参数,以模型计算和实测车致桥梁动力位移-时间曲线面积的差值最小为目标函数,并引入L₁正则化优化求解,识别桥梁损伤。然后,采用包含单损伤和双损伤工况的简支梁和连续梁数值算例,验证所提方法的有效性,并分析测试噪音、移动荷载速度不均匀和桥梁刚度分布不均匀对识别结果的影响。最后,制作移动车辆和简支梁桥的试验模型,进行移动荷载试验。研究结果表明：提出的损伤识别方法能够较准确地识别桥梁单损伤的位置和程度,但随着损伤数目的增多,其有效性有所下降。     

基于支座反力的桥梁动态称重方法

为了解决传统基于应变的桥梁动态称重(BWIM)方法存在的精度不高和车轴探测传感器存在的可适用桥型有限、复杂工况下可靠度低的问题,提出了一种基于支座反力识别移动车辆行驶速度、轴距、轴重和总重的桥梁动态称重新方法。首先介绍了车桥耦合振动系统的建立和求解过程以及基于桥梁支座反力的车轴识别理论,建立了试验室车桥振动缩尺模型,并通过模型试验对提出方法的有效性和精度进行了验证。然后基于数值模拟,研究了路面不平整度、车辆行驶速度、噪声水平等重要因素对该方法识别精度的影响。最后,将此方法与既有基于桥梁弯曲应变的桥梁动态称重方法进行了对比。研究结果表明:该方法能够准确识别车辆的行驶速度、轴距、轴重和总重信息,模型试验和数值模拟结果均显示车辆行驶速度、轴距、轴重的识别误差能控制在5%以内,车辆总重误差能控制在2%以内;该方法的识别精度优于传统基于弯曲应变的动态称重方法,且车速越高时,该方法精度优势越明显;该方法在路面不平整、噪声等因素的干扰下仍然具有良好的稳定性。     

基于运营状态监测数据识别过桥车辆荷载

基于桥梁运营状态监测得到的应变历程数据,通过对测点影响线形状的较深入分析,建立了识别过桥车辆荷载的一种BWIM方法———“单峰锐度法”。结合实例的分析表明该方法能够较精确识别稀疏交通状态下车辆数量、大小、作用位置,并能推求影响线内多车作用下的荷载。     

基于独立分量分析的多车响应信号分离

针对桥梁动态称重系统(Bridge weigh-in-motion,BWIM)中多车同时过桥情形下的轴重识别问题,提出利用独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)对多车引起的应变信号进行分离的方法。通过ICA分离多车产生的应变响应信号,得到单辆车对应的应变响应信号,即可利用传统BWIM算法进行轴重识别。相较于改进传统BWIM算法处理多车过桥问题的方法 (如影响面法),该方法对桥梁结构信息依赖度低,因此更具有普适性。通过双车混合仿真信号进行实验,论文比较了几种ICA算法的分离效果。结果表明权值调整二阶盲辨识(WASOBI)算法的分离效果最好,为BWIM中的多车轴重识别问题提供了一种高效解决方法。     

桥梁动态称重系统在连续小箱梁桥中的试验研究

基于广东省清远市伦洲大桥引桥(三跨连续小箱梁桥)的现场实验,通过优化的Moses算法,对各车道影响线进行独立标定,并利用现场试验标定的各车道影响线计算过桥车辆轴重,将BWIM系统的应用范围拓展到连续小箱梁桥。试验结果表明:连续小箱梁桥具有一定的横向分布效应,应利用各车道独立标定的影响线识别对应车道的过桥车辆轴重从而达到更高的车重识别精度。     

基于随机过程的连续箱梁桥通行荷载研究

车辆荷载是桥梁的基本可变荷载之一,其模型由车重、轴重、桥跨、交通量等许多随机变量来表征。选择了7处国省道的移动称重系统(WIM)数据,将其与原交通部"公路桥梁可靠度研究"中相关车辆特征进行对比,分析其差异和变化情况,并将某一时段实测的数据加载在连续箱梁桥上得到对应时程曲线、截口分布和最大值样本分布,并基于此,得到对应典型PC变截面连续箱梁桥的通行荷载特性。     

重型汽车荷载作用下简支梁桥的动力反应分析

基于结构动力学理论,视桥梁与车辆为一个相互作用的整体系统,建立了桥梁在移动车辆荷载作用下振动的计算模式.在分析中,汽车采用2轴模型,桥梁结构模拟为梁单元,统一列出车桥系统的动力方程,编制了计算程序.对实际预应力混凝土简支箱梁桥在重型汽车作用下的动力冲击效应进行了计算,并与轻型汽车荷载作用下产生的动力冲击系数进行了比较.     

重型汽车荷载作用下简支梁桥的动力反应分析

基于结构动力学理论，视桥梁与车辆为一个相互作用的整体系统，建立了桥梁在移动车辆荷载作用下振动的计算模式。在分析中，汽车采用2轴模型，桥梁结构模拟为梁单元，统一列出车桥系统的动力方程，编制了计算程序。对实际预应力混凝土简支箱梁桥在重型汽车作用下的动力冲击效应进行了计算，并与轻型汽车荷载作用下产生的动力冲击系数进行了比较。     

基于健康监测系统的大跨度连续刚构桥移动荷载识别

为了得到桥梁实际运营的车辆荷载,通过建立由健康监测系统测得的应变响应与移动荷载的线性回归方程,提出了一种能有效应用于大跨度连续刚构桥的移动荷载识别方法。首先利用小波变换的方法进行应变信号消噪处理;然后利用应变响应特征估算移动车辆过桥的时间和速度;最后建立移动荷载车重力与应变响应的二次线性回归方程。计算结果表明：该方法得到的计算车重力与实测车重力相比,误差率基本小于17%;结合标准车辆模型,可以得到车辆的轴重分布。     

桥梁车桥耦合振动的简化算法

针对车辆行走引起的车桥耦合现象,采用一种简捷实用的移动车辆荷载模拟方法,将车辆荷载简化成时变三角形荷载进行动态加载。结合文献资料,使用ANSYS软件建立空间有限元模型进行分析,对比结果表明:该方法计算结果与参考文献资料结果均吻合较好,能反应出移动车辆对桥梁产生的影响,可用于工程实际。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

一种用于钢桁架桥的BWIM方法

通过在钢桁架桥上布置应变测点,进行动态应力监测,获得应变历程数据.利用滤波处理后的应力监测数据,采用BWIM(桥梁动态称重)方法,进行荷载反推,得到实际过桥车辆荷载.利用该方法对2座实桥进行荷载反推,所有过桥车辆全部识出,统计所得车重分布与实际车重分布符合较好.实践表明BWIM方法具有对交通干扰小、简单易行、采集数据全面、操作费用低等优点.该方法用于大跨连续钢桁架桥的交通荷载反推具有一定精度,可采集交通量、车重、车速、车头间距等多种信息.     

交通视频辅助的桥梁动态称重方法研究

为了进一步提升既有的桥梁动态称重技术，提出一种交通视频辅助的新型桥梁动态称重方法。首先介绍基于深度神经网络的计算机视觉目标检测技术和一种计算机视觉坐标转换方法，实现从交通监控视频中实时地探测与定位桥上行驶的车辆和车轴。然后引入桥梁应变分解方法和应变影响面识别方法，建立车重、车辆位置与桥梁应变之间的映射关系，从而建立一种综合利用时间和空间冗余信息对车辆进行称重的方法。该方法构建超定的影响面加载方程组，使用最小二乘法求解该方程组以得到桥上行驶车辆的轴重和总重。最后总结出一套交通视频辅助的桥梁动态称重方法框架。为验证以上方法，在某连续大箱梁桥的缩尺模型以及实桥上进行试验。试验包含单车、双车、跟车、并行、直行、变道、匀速、变速等复杂交通工况。模型试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为-2.02%，标准差为4.77%；车辆轴重的识别误差均值为4.77%，标准差为17.50%。实桥试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为0.21%，标准差为1.53%；车辆轴重的识别误差均值为-3.59%，标准差为42.67%。除此以外，所提出的方法还可用于识别桥上车辆的数量、类型、轴数、实时位置、运动轨迹、行驶速度等多粒度交通信息。     

基于WIM的广东省公路桥梁车辆荷载模型研究

为研究适合于广东省实际的公路桥梁车辆荷载模型,选取该省5条具有代表性的高速公路,基于动态称重(WIM)系统实测的交通轴载数据,参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)的方法,拟定符合广东省实际交通状况的车辆荷载参数,获得相应车辆荷载模型,并采用推荐车辆荷载模型与规范荷载模型对不同结构形式的桥梁活载效应进行对比分析.分析结果表明,按照规范原则得到的广东省实测车辆荷载总重和轴重均大于规范给定值;各种结构桥梁在推荐的车辆荷载模型作用下的活荷载效应均为规范计算值的1.4倍左右,桥梁跨径越小,活载所占设计荷载的比例越大,规范对活载效应的低估越明显.