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。     

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。     

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。     

基于MFI理论的BWIM系统车辆轴重识别研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion:BWIM)系统基于车辆过桥时的实测应变来识别移动车辆的轴重。传统商业BWIM系统采用桥梁影响线计算静态轴重而忽略了动力效应的影响,基于MFI理论的BWIM系统能有效利用结构动力信息识别移动车辆荷载。结合有限元模拟,将一阶正则化技术与动态规划法相结合并应用于二维MFI理论识别移动车辆轴重。同时,使用特征值缩减技术来降低动力系统方程的自由度并使用L曲线法来获得最优正则化参数。基于仿真分析得到的响应信号,结合MFI理论识别了移动车辆的轴重-时间历程曲线,验证了所提出的基于MFI理论的移动荷载识别算法的可靠性和准确性。     

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。     

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...     

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。     

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.     

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。     

基于实际影响线的桥梁快速检测方法

针对桥梁静载试验存在费时费力、长时间影响或中断交通的缺点,提出一种基于实际影响线的桥梁快速检测方法。首先对桥梁进行标定试验,从单一车辆过桥的动力响应中提取桥梁实际影响线;引入车辆轮胎-路面接触力分布模型,可重构出静载试验不同加载工况下桥梁相应测点的静力响应,从而实现快速检测。以某六跨连续梁桥为背景,针对其第1跨分别进行单一车辆快速检测与多车辆静载试验,对比主梁跨中挠度和应变响应。结果表明:主梁跨中挠度和应变的快速检测结果与静载试验结果吻合较好,最大偏差为7.6%,基于实际影响线的快速检测方法具有较高精度。     

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。     

光纤光栅传感系统在桥梁重载车识别中的应用

为了探明既有桥梁结构在重载车作用下的安全性能,需要及时获取过桥超重车辆的监测信息。基于高速解调的光纤传感系统能够保证对结构动态应变数据的连续采集,通过分析实时采集的动态应变数据可以实现对重载车辆的自动分类识别。此种监测设备已在武汉长江二桥健康监测系统中得到应用。结果表明,此设备不仅能够捕捉到是否有重载车辆通过桥面,而且能够实现对重载车辆载重量的自动分类识别,是一种针对既有大跨桥梁重载车监测的有效工具。     

基于贝叶斯谱密度法的非线性桥梁结构动力系统模型参数修正

采用贝叶斯概率方法对在不确定输入作用下随机模型的模型参数进行定量化.对系统响应信号运用谱密度识别法进行模型修正.贝叶斯谱密度法运用快速傅里叶变换(FFT)对非线性动力系统结构参数的概率密度函数进行修正,不仅符合系统响应信号的概率分布,同时也适用于非线性系统参数识别.利用贝叶斯谱密度法,对两跨连续梁桥非线性系统结构模型进行修正.     

基于光纤陀螺的大跨桥梁连续线形检测技术研究

为实现大跨桥梁的结构线形快速检测,及时定位桥梁最大变形部位,采用基于光纤陀螺的连续轨迹测量技术进行桥梁线形检测技术研究。分析基于光纤陀螺传感技术开展桥梁连续线形检测的前提条件和基本原理,推导连续线形轨迹的计算公式,提出了线形检测流程及对测试结果的修正与标定方法,并在缩尺模型桥和实际大跨桥梁中进行了测试。结果表明:光纤连续线形测量系统的测试结果与传统百分表及全站仪的测试结果吻合,所测线形轨迹连续、精确,可准确定位桥梁结构最大变形部位。该技术可用于大跨桥梁连续线形的快速、准确检测。     

基于PCA的桥梁静态监测数据频域分析方法

针对桥梁长期静态安全监测数据量大、影响因素复杂、时域信号难于分解等问题,根据桥梁结构响应信号中各种作用效应的周期重现规律,采用快速傅里叶变换在频域内对多种组成成分进行分离,去除或减小活荷载效应、短时温差效应以及随机干扰误差的影响。利用PCA提取低频段主分量信息用以表征桥梁结构运营状态,为在役桥梁的管养提供科学参考依据。理论推导及实桥案例证明该方法有效,为桥梁安全监测数据分析提供了一种新颖手段。     

基于正则化与B样条曲线的桥梁影响线识别方法

为了快速评估既有桥梁的安全性，研究了基于多源实测信息快速准确识别桥梁影响线的方法。首先利用桥梁动力响应及车辆移动的实测信息，建立影响线识别的数学模型。在模型中引入Tikhonov正则化方法以解决病态矩阵求解问题，通过设置罚函数项以取得较光滑并贴近真实的影响线。然后通过基函数扩展法重构影响线，将其表示为一系列三次B样条基函数的线性组合，从而将问题从识别众多影响线因子简化为识别少量基函数权重系数。为了验证上述方法的可行性，先在实验室模拟钢制试验小车在钢筋混凝土三跨连续梁模型上移动的过程。基于实测布置于梁底的多测点挠度和应变响应时程以及相应的试验车信息，可识别出不同位置测点的挠度和应变影响线。试验结果表明无论是影响线的总体形状还是局部峰值，识别解与基准解均能较好地吻合。该方法还被进一步应用到一座简支现浇预应力混凝土箱梁桥。该试验通过实测检测车过桥期间的桥梁跨中截面若干测点的动应变、动挠度以及车辆重力、实时位置等信息，准确识别了对应于不同车道的挠度和应变影响线。通过对比桥梁静载实测和影响线虚拟加载结果，发现两者偏差绝对值在5%以内。在一定程度上表明了该影响线识别方法具有较高精度，并具备工程应用的良好潜力。     

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。     

大跨度预应力混凝土箱梁竖向预应力损失试验研究

文章通过某大跨预应力混凝土连续箱梁桥施工时对腹板竖向预应力损失进行的实桥测试,对不同长度箱梁竖向预应力损失的影响因素试验研究,并与规范理论计算值进行对比,并提出相应的控制措施和改进建议,为同类桥梁今后的竖向预应力设计和施工积累经验。