[发明专利]一种基于跨中边梁测点应变的桥梁动态称重方法

说明书

本发明提供了一种基于跨中边梁测点应变的桥梁动态称重方法，包括如下步骤：通过桥梁跨中边梁测点测得已知轴重的车辆对桥面上作用的各个位置，得到车辆在桥梁上行驶时跨中边梁测点的应变响应；利用梯度下降算法将跨中边梁测点应变响应的理论值与实测值之间的误差进行反向传播，对未知轴重车辆的轴重进行修正，不断进行循环迭代；判断修正后的车辆轴重是否满足收敛条件，若满足收敛条件则结束修正；若不满足收敛条件则继续进行修正，直到满足收敛条件。本发明通过对实际桥梁的作用进行桥梁荷载实验，能够避免因车轴距离过近导致的系统控制状态方程病态问题，以更高的精度识别的车辆轴重。

技术领域

本发明涉及车辆称重技术领域，更具体地，涉及一种基于跨中边梁测点应变的桥梁动态称重方法。

背景技术

我国新建桥梁的速度以每年2.5万座速度增加，截至2020年底，公路桥梁总量达91.28万座，我国已然成为一个桥梁大国。同时，今年10月份数据显示，我国月公路货物运输量已达34.2亿吨、货物周转量达6152.27亿吨∙公里，同比增速均达到18%左右。显然随着车辆数量的增加和车辆荷载水平的提高，桥梁实际承受的车辆荷载与桥梁规范设计时的荷载情况已有很大的差别。尤其是近年来，对于按照老版的桥梁规范设计出来的桥梁因其设计荷载水平较低，则面临着严重的耐久性和安全性的问题。在我国2000年1月至2012年3月期间，共有157座失效桥梁，其中高达10.83%的桥梁失效是由车辆超载直接导致的，造成人民生命财产受损和恶劣社会影响。2020年12月交通运输部颁布《关于进一步提升公路桥梁安全耐久性的意见》，明确提出需提升预防性养护水平和加强桥梁结构健康监测，求对桥梁安全隐患进行排查治理，进一步提升公路桥梁安全耐久水平的工作目标。如何保障现役桥梁的安全耐久性对于交通基础设施行业是一个极具亟待解决的事情，而车辆载荷作为作用在桥梁上的基本动荷载之一，对桥梁的耐久性有很大的影响。精准获得桥梁结构经历的车辆载荷信息和车辆的时间、空间分布信息，对重构和预测交通流，进行结构响应分析与预测，评估桥梁结构安全性具有关键作用。

在实际的桥梁交通场景中，车辆具有车流量大、随机性强、车辆类型多等特点。为了获得交通场景中的车重信息，美国学者于上世纪80年代引入桥梁动态称重（BridgeWeigh-In-Motion，简称BWIM）。桥梁动态称重系统则是当车辆经过桥梁时，通过桥梁的动力响应对车重进行反演分析。该方法无需车辆减速，称重效率高；安装便宜、无需将传感装置安置在道路铺装内部、传感器一般安放在梁体下部，无需承受车辆荷载、成本低廉等优点，在交通荷载信息计算方面具有较大的优势。目前桥梁动态称重系统是基于Moses算法进行车重反算，但是一旦车轴轴距相近时系统控制方程容易出现病态矩阵，且该算法的抵抗噪声性能较差，因此需要在传统的Moses算法进行改进。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于跨中边梁测点应变的桥梁动态称重方法，该方法适用于中小桥，包括如下步骤：

通过桥梁跨中边梁测点测得在桥梁上行驶的已知轴重的车辆的车轮坐标位置对应的车辆对桥面上作用的各个位置，得到车辆在桥梁上行驶时跨中边梁测点的应变响应时程，推算出基于跨中边梁测点的应变响应面；

利用梯度下降算法将跨中边梁测点应变响应时程中每个采样时刻的理论值与实测值之间的误差进行反向传播，对在桥梁上行驶的未知轴重的车辆轴重进行修正，不断进行循环迭代；

判断修正后的车辆轴重是否满足收敛条件，若满足收敛条件则结束迭代，通过桥梁动态称重得到未知轴重车辆的精确轴重；若不满足收敛条件则继续进行迭代，直到满足收敛条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明方法通过测量已知轴重车辆对实际桥梁的作用进行桥梁荷载实验，与传统的基于Moses算法的桥梁动态称重系统相比，该方法能够避免因车轴距离过近导致的系统控制状态方程病态问题，同时能够结合地区实际的车辆轴重分布规律，利用梯度下降算法对未知轴重车辆的轴重进行修正并迭代，能够在抗噪声干扰的同时避免求解逆矩阵，以更高的精度识别车辆轴重。

附图说明