非匀速算法在桥梁动态称重系统中的应用研究

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桥梁动态称重(Bridge weigh in motion:BWIM)系统是基于桥梁动态响应来识别车辆轴重。Moses所提出的基于桥梁影响线来快速识别过桥车辆轴重的算法是BWIM中较为常用的方法,也是目前商用BWIM系统采用的算法,所以获得符合实际桥梁结构的影响线对于提高所识别轴重的精度至关重要。但是该方法受桥梁的动态效应的影响较大,且会导致病态问题的出现。此外,目前的影响线算法仅考虑车辆以恒速行驶通过标定桥梁的情况,其应用范围有限。本文以美国阿拉巴马州I-78的一座简支梁桥为例,对Moses算法进行了多方面的深入研究,主要完成了以下工作:(1)以具有任意数量车轴的车辆为例,推导了Moses算法的计算公式,并用标定试验和随机车流试验验证了其有效性。结果表明Moses算法在计算总轴重和组轴时误差较小,在可接受范围之内,而单轴的误差较大,识别精度有待提高。(2)基于Moses影响线算法提出了一种拟静态影响线算法,并在标定试验和随机车流试验中验证了其有效性。拟静态影响线是由标定所得到的影响线过滤掉其动态部分所得,其理论依据是建立在影响线与应变的频谱分析的基础上。两种试验的计算结果表明拟静态影响线算法与Moses算法在同一精度水平上。由应变与影响线的频谱分析可以得出,桥梁计算影响线的形状差异主要取决于车速和桥梁自振频率。(3)介绍了病态方程理论,分析了Moses算法中病态问题的产生机理,针对其产生机理提出了改善方法,并在数值模拟方法中进行了验证。此外,本文证明了应变数据中的高斯噪声对于轴重识别精度的影响不大,因此不应使用高斯噪声来模拟现实测量中的噪声。(4)考虑车辆以非匀速行驶过桥的情况,提出了新的改进算法,即非匀速算法,并推导了相应计算公式,同时在实桥和数值模拟中分析了该算法的计算精度。在标定试验和随机车流试验中,由于车速被严格控制,未能体现出非匀速算法的优势。而在数值模拟计算中,考虑了车辆以不同加速度行驶的情况,最后的计算结果表明非匀速算法的计算精度整体处于一个较高的水平,尤其是在单轴重的计算上相对于Moses算法有显著优势。
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