非路面式橋梁動態(tài)稱重理論與試驗研究.pdf

1、由于重載車輛的大量推出以及超載現(xiàn)象的普遍存在，使得近年來因車輛荷載導(dǎo)致的橋梁安全事故屢屢發(fā)生。對高速車輛荷載的動態(tài)稱重問題一直以來倍受關(guān)注，它在治理車輛超載，公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施管養(yǎng)與健康安全評估等方面都具有非常重要的意義。本文主要針對一種較新的動態(tài)稱重方法:非路面式橋梁動態(tài)稱重(B-WIM)進(jìn)行研究，以車輛過橋時產(chǎn)生的橋梁動力響應(yīng)為對象，從影響線測定、車軸信息檢測、車輛動態(tài)稱重等角度研究B-WIM的基本理論，采用理論、數(shù)值模擬和實驗的

2、方法，研究車輛荷載的動態(tài)稱重問題。
　　論文的主要工作及結(jié)論包括:
　　1.從時變性角度對車橋整體系統(tǒng)進(jìn)行劃分，通過分開建模、局部耦合的思路建立了汽車-橋梁耦合系統(tǒng)模型，編寫Matlab計算程序?qū)⒌钠?橋梁耦合振動方程進(jìn)行迭代求解，并根據(jù)迭代結(jié)果計算汽車過橋時橋梁動應(yīng)變響應(yīng)。數(shù)值計算結(jié)果表明，這樣處理，提高了計算效率，有利于模擬車輛各車軸上橋、出橋的行為。
　　2.提出了非路面式橋梁動態(tài)稱重理論與優(yōu)化算法，從橋梁

3、影響線測定、車軸信息檢測和車輛動態(tài)稱重等角度推導(dǎo)了非路面式B-WIM算法，采用梯度法對初始B-WIM結(jié)果進(jìn)行多參數(shù)局部優(yōu)化研究，并結(jié)合車-橋耦合振動算例進(jìn)行了驗證。研究表明，以橋梁動應(yīng)變響應(yīng)為研究對象，采用影響線擬合的方法對車輛荷載進(jìn)行動態(tài)稱重研究，需要的系統(tǒng)參數(shù)少，可行性強(qiáng)，B-WIM系統(tǒng)以現(xiàn)存橋梁為“秤”，增加了敏感單元長度，對車載信息測試記錄時間長，獲取的數(shù)據(jù)信息量大，具有足夠測試精度，較路面式動態(tài)稱重方法優(yōu)勢明顯。同時，局部優(yōu)化

4、研究能減小偶然因素產(chǎn)生的誤差，尤其是減小速度識別誤差所造成的影響，進(jìn)一步提高結(jié)果精度，滿足工程應(yīng)用要求。
　　3.提出了車軸信息識別的小波變換方法，結(jié)合小波變換時頻局部化特性，將小波用于B-WIM中車軸信息識別環(huán)節(jié)，通過對模糊信號提取特定尺度下小波系數(shù)曲線，凸顯與車軸對應(yīng)的峰值點，有效解決聯(lián)軸及短軸距車輛的車軸信息識別問題，并用數(shù)值模擬和實橋試驗結(jié)果驗證了所提出的方法。數(shù)值和試驗結(jié)果表明，充分利用小波變換時頻局部化特性，提取特定尺

5、度下小波變換系數(shù)進(jìn)行車軸信息識別，減小了干擾信號的影響，能夠識別雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸等相對小軸距車軸信息，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)局部峰值法在平頂峰處連續(xù)判斷等方面的不足，利于擴(kuò)展B-WIM的適用范圍。
　　4.針對車輛激振頻率存在不確定性，提出了車軸信息自動識別算法，旨在解決激振頻率初始值確定和消除橋梁振動的干擾兩個B-WIM中的關(guān)鍵問題。通過自動搜索尋找合適的初始激振頻率，再以此迭代計算得到精確激振頻率值和相應(yīng)尺度系數(shù)，對該尺度系數(shù)下兩動應(yīng)變信號

6、小波系數(shù)曲線進(jìn)行互相關(guān)分析，取互相關(guān)函數(shù)最大值時兩曲線狀態(tài)作乘法運算，能消除小波系數(shù)曲線中的虛假峰值點，去除有色噪聲的干擾，實現(xiàn)對車軸信息自動識別。整個過程僅需輸入兩不同斷面測點信號就可實現(xiàn)對車軸信息的自動識別，不需要人為判斷與取舍。
　　5.研究了B-WIM對不同類型橋梁的適用性，并分析了橋梁尺寸、測點位置、測試噪音等因素對B-WIM的影響。結(jié)果表明:正交異性板橋、框架橋、T型梁橋、板橋都可較好的用作B-WIM研究，其適用范圍涉