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铁道科学与工程学报 2020年第10期17卷 2558-2567页

作者：房啸赵华张斌廖万成张钰菲湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082

将桥梁动态称重(BWIM)系统应用在采用球扁钢-超高性能混凝土(stc)轻型组合桥面的自锚式独塔悬索桥中,根据球扁钢-stc轻型组合桥面局部受力显著的特点,通过标定球扁钢加劲纵肋来获取桥梁应变响应,基于BWIM系统算法反算车辆轴重信息。为... 详细信息

将桥梁动态称重(BWIM)系统应用在采用球扁钢-超高性能混凝土(stc)轻型组合桥面的自锚式独塔悬索桥中,根据球扁钢-stc轻型组合桥面局部受力显著的特点,通过标定球扁钢加劲纵肋来获取桥梁应变响应,基于BWIM系统算法反算车辆轴重信息。为最大化局部受力效应,选取桥塔截面为测试断面。实桥试验结果表明:采用各趟自身标定影响线的单轴轴重及总重识别误差要优于采用平均影响线的识别误差,但这2种情况均具有较高的轴重识别精度;BWIM系统可以高精度识别车辆单轴轴重以及总重,单轴轴重识别误差平均值为1.8%,总重识别误差平均值为0.2%;BWIM系统应用在采用球扁钢-stc轻型组合桥面的自锚式独塔悬索桥中能有效识别车辆速度、轴数、轴距以及轴重,为车辆超载监管和桥梁健康监测提供了一种有效方法。

关键词：球扁钢-stc轻型组合桥面自锚式独塔悬索桥桥梁动态称重标定影响线单轴轴重及总重识别

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桥梁动态称重系统在自锚式独塔悬索桥轻型组合桥面中的试验研究

桥梁动态称重系统在自锚式独塔悬索桥轻型组合桥面中的试验研究

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作者：房啸湖南大学

学位级别：硕士

球扁钢-stc轻型组合桥面采用超高韧性材料形成铺装层并与钢桥面协同受力,能显著提高正交异性钢桥面板的局部刚度,改善钢桥面受力性能。但是在超载车辆轮载的高应力水平反复作用下,钢桥面的焊缝处易出现疲劳开裂,这对桥梁的安全使用带来... 详细信息

球扁钢-stc轻型组合桥面采用超高韧性材料形成铺装层并与钢桥面协同受力,能显著提高正交异性钢桥面板的局部刚度,改善钢桥面受力性能。但是在超载车辆轮载的高应力水平反复作用下,钢桥面的焊缝处易出现疲劳开裂,这对桥梁的安全使用带来极大风险,并使维护运营成本大大增加。为了降低钢桥面焊缝疲劳开裂的风险,对交通量进行实时监测具有重要意义。本文以湖南湘潭昭华大桥(自锚式独塔悬索桥球扁钢-stc轻型组合桥面)为研究对象进行实桥试验,将Moses算法应用于实桥中并结合轴重识别结果进行优化,提出考虑整体效应分离的单轮算法进行车辆轴重信息识别。本文研究内容主要包括:(1)从测点选择、传感器布置等方面制定相应的试验方案,并根据试验方案进行现场试验,采用载重约35t和45t两种类型三轴加载车进行跑车试验,并采集车辆过桥时球扁钢纵肋上的实时动态响应。(2)详细推导了Moses算法的相关公式,利用Moses算法进行车辆信息识别,结果表明:车辆基本信息(车辆轴数、轴距和速度)识别精度高;跨中截面一、三和四车道轴重识别精度等级为D+(20)～D(25),桥塔截面一、三和四车道轴重识别精度等级均为C(15);跨中和桥塔截面带纵隔板车道实桥标定影响线重合度较差且影响线纵坐标值小于一、三和四车道,带纵隔板车道轴重识别精度均为D+(20)。跨中和桥塔截面均未分离整体效应成分,由于跨中截面整体效应大于桥塔截面,使得跨中截面一、三和四车道轴重识别精度小于桥塔截面;带纵隔板车道由于纵隔板局部加劲作用,刚度变大,纵肋上应变响应减小,标定影响线纵坐标值变小,使得带纵隔板车道轴重识别精度较差。Moses算法轴重计算采用全断面所有传感器信号之和,对于局部受力显著的结构来说,采用Moses算法会造成环境等因素造成的误差累积。(3)为消除Moses算法采用全截面响应参与计算造成的累计误差,利用实桥静力试验数据校正后的有限元模型计算得到单个轮载作用下的横向影响线以及根据现场试验数据分析轮载横向作用范围,得出单个轮载作用下横桥向影响范围为5根球扁钢纵肋。基于球扁钢-stc轻型组合桥面显著的局部受力特性,在Moses算法基础上,提出考虑整体效应分离的单轮算法并给出详细证明和推导。(4)利用单轮算法进行车辆信息识别。结果表明:在仅考虑左轮效应P、右轮效应P以及左轮和右轮效应P+P三种情况下,普通车道跨中和桥塔截面单轮标定影响线重合度非常好,轴重识别精度非常高,等级均为B(10)。带纵隔板车道跨中截面在P、P和P+P三种情况下标定影响线重合度较好,影响线纵坐标数值小于普通车道,轴重识别精度等级均为C(15)。桥塔截面带纵隔板车道P标定影响线重合度高,影响线纵坐标数值与普通车道基本相同,P和P+P作用下的标定影响线重合度较差,影响线纵坐标数值小于普通车道,P、P和P+P轴重识别等级分别为B(10)、E(55)以及D+(20),采用左轮P识别轴重能显著提高精度等级。纵隔板使得局部刚度增大,参与计算纵肋上的应变值减小,所得标定影响线数值降低,轴重识别精度等级下降。轴重识别精度等级由单轮精度控制,相比Moses算法,单轮算法在普通车道和带纵隔板车道中轴重识别精度显著提高。(5)对比分析Moses算法和单轮算法的异同点,相比于Moses算法,采用单轮算法传感器安装数量少、安装更方便、成本更低、轴重识别精度更高。

关键词：桥梁动态称重球扁钢-stc轻型组合桥面 Moses算法整体效应分离单轮算法轴重识别

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