[发明专利]一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法

说明书

本发明属于结构安全性检测技术领域，公开了一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法，步骤如下：(1)疲劳应变影响线反演；(2)各车道随机车流荷载模拟；(3)应变影响线虚拟加载；(4)疲劳损伤不确定性评估。相比与现有的通用疲劳车模型，通过分析车辆实测数据并考虑区分交通不同运行状态，能够更加准确地反映桥梁真实运营状况下的车辆荷载特征，同时还可以考虑交通增长率的影响。同时，通过实测应变数据反演得到的应变影响线进行疲劳加载，可以获得比有限元模型更加符合结构实际受力情况的疲劳应变响应。由此分析的结构疲劳损伤分析结果和预测的剩余寿命更加合理可靠。

技术领域

本发明属于桥梁结构性能评估技术领域，具体涉及一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法。

背景技术

对于公路和市政桥梁而言，汽车荷载是桥梁结构最主要的活载形式之一，汽车荷载通过车轮将整个车重直接作用在桥面板上，并由此传递到其他承重各构件上。实际运营工程中，大量汽车荷载通过桥梁形成随机车流，其长期作用会导致在桥梁结构构件中出现反复的加卸载情况，由此引发的钢桥面板、拉索、吊杆等构件的高周疲劳问题十分突出。开展汽车荷载作用下的桥梁构件进行疲劳损伤评估和预测，对于确保桥梁长期运营安全，为日常管理和养护提供依据具有十分重要的工程意义。

现有的桥梁结构疲劳损伤评估方法一般有如下三种：第一种是通过实验室模型试验对桥梁局部构件进行疲劳试验，确保其构造设计在实际运营过程中具有足够的疲劳安全储备。由于受到模型尺寸、试验手段等限制，模型试验往往无法准确重现结构构件的实际受力特征，其疲劳分析的准确性受到较大限制，且无法对实际运营中的构件疲劳损伤情况进行评估。第二种方法是通过有限元模型模拟疲劳加载的方法进行疲劳损伤分析。此类方法中，结构有限元模型和荷载模型存在多种简化和假设，其疲劳分析结果同样缺乏可靠性。第三种方法是基于结构现场应变监测数据的疲劳损伤评估。相比于前两种方法，该方法能够获得反映桥梁实际运营状况的疲劳受力特征，在评估结构疲劳损伤和剩余疲劳寿命准确性上具有明显的优势。然而，直接监测获得结构应变难以从车辆、风、温度等多种环境和荷载耦合作用下单独分离出车载疲劳效应，无法实现车致疲劳评估。

车辆动态称重系统是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分之一，能够实现对随机车流中的汽车轴重、轴数、轴距、交通流量等汽车荷载参数进行实时在线采集和存储。上述信息对于准确获取车辆荷载模型提供了数据基础。此外，通过测试标定车辆加载下的桥梁结构响应数据，可以获取反映结构真实受力特征的应变影响线，为解决有限元模型与实际结构受力特征不符的情况提供了解决途径。因此，本发明提出了一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法，利用动态称重系统车辆数据和结构响应测试数据，获取准确的反映真实车辆加载特征的车辆疲劳荷载模型和反映结构真实受力特征的影响线模型，实现对结构既有疲劳损伤的评估和剩余疲劳寿命的预测。

发明内容

本发明提出了一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法，其目的通过监测车载和结构响应数据，实现对桥梁构件车致疲劳损伤的评估和剩余疲劳寿命的预测。

本发明的技术方案：

一种基于车辆动态称重数据的车致桥梁疲劳损伤分析方法，步骤如下：

步骤1.疲劳应变影响线反演

采用两轴或多轴重车作为加载车辆，标定获取加载车的轴重和轴距。使加载车辆以不大于10km/h的速度依次近似匀速行驶过每个车道，同步记录车辆所在位置及车辆加载引起的结构疲劳细节的应变数据。定义加载车行驶过第i个车道过程中获取的车辆加载矩阵为A_i，结构疲劳细节应变向量为B_i，桥梁影响系数向量为C_i。根据应变影响线定义，可以建立方程(1)。采用最小二乘方法求解公式(1)获取第i个车道对应的结构疲劳细节的应变影响线。同理，可以通过实测数据获得所有车道的应变影响线。

A_iC_i＝B_i (1)