專利名稱：用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及一種用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法。
背景技術(shù)：
目前我國公路車輛在運(yùn)輸貨物時(shí)，普遍存在超重現(xiàn)象，而且超重車輛占相當(dāng)高的比例。超重對路面的破壞非常嚴(yán)重，國家每年要投入大量的財(cái)力、物力和人力進(jìn)行維修加固。超載給路上行人及車輛帶來了非常大的安全隱患，并偷逃了大量道路稅費(fèi)。超限、超載問題引起的公路損壞及橋梁坍塌的事故也屢見不鮮。因此，車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)已成為公路橋梁健康監(jiān)測中必不可少發(fā)展方向之一。

目前，動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)有幾種不同的結(jié)構(gòu)。從傳感元件角度出發(fā)，可分為壓電式、電容式、應(yīng)變式。壓電式將壓電傳感器放在路面上，測量當(dāng)汽車輪胎從上面經(jīng)過時(shí)，就將施加一個(gè)壓力給壓電傳感器。而通過測量傳感器輸出的電壓或電荷，就可以推知汽車輪胎作用于傳感器上的壓力，從而得到汽車的總重量。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可做成便攜式。但是壓電傳感器的壓電常數(shù)隨著使用時(shí)間的增加而減小，為了保證稱重儀的精度，必須每隔一段時(shí)間進(jìn)行一次靈敏度校正，并且稱重儀的誤差比較大，例如便攜式可達(dá)30%。電容式動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)由兩塊或多塊導(dǎo)體板組成，各導(dǎo)體板帶有等量異號(hào)電荷，電容器的兩極板之間充有不導(dǎo)電的電介質(zhì)。當(dāng)一個(gè)壓力施加在導(dǎo)體板上時(shí)，電容器的電容發(fā)生變化。通過檢測電容的變化，就可以把壓力測量出來，通過把多個(gè)中間夾有電介質(zhì)的電容器正確排列起來，即可以用來測量運(yùn)動(dòng)汽車的重量。電容式動(dòng)態(tài)稱重儀靈敏度高，測量速度快。但是長時(shí)間使用后，電容器內(nèi)填充介質(zhì)易變形，需重新校正，并且易受電磁干擾?；趹?yīng)變式的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)主要采用彎板式動(dòng)態(tài)稱重儀。其稱重方式是把電阻應(yīng)變片粘貼在一塊彈性平板上，并把它鋪設(shè)在路面上，當(dāng)汽車輪胎經(jīng)過平板時(shí)，平板由于受到輪胎的壓力而變形，從而造成電阻應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，測量電阻值變化，即可推知作用于平板上的汽車的重量。彎板式動(dòng)態(tài)稱重儀性能穩(wěn)定可靠，靈敏度高，測量速度快。彎板式動(dòng)態(tài)稱重儀長時(shí)間使用后，電阻應(yīng)變片靈敏度下降，需重新校正，并且電阻應(yīng)變片易受電磁干擾。目前市場上的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)都是埋設(shè)在路面中，安裝時(shí)要全部或部分封閉交通，影響道路通行，并且施工時(shí)要開挖路面，對路面結(jié)構(gòu)造成破壞。另外系統(tǒng)埋設(shè)在路面下，對系統(tǒng)的防水密封、防腐蝕、線纜的保護(hù)要求較高，系統(tǒng)施工復(fù)雜，易受電磁干擾，整體造價(jià)較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，安裝方便、造價(jià)低廉、無需中斷交通、不開挖破壞路面，可實(shí)現(xiàn)橋梁車輛荷載的無損自動(dòng)化動(dòng)態(tài)稱重。本發(fā)明提供的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，包括以下步驟A、在每個(gè)行車道布置至少6個(gè)應(yīng)變傳感器，其中至少5個(gè)應(yīng)變傳感器縱橋向分別安裝在同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩個(gè)橫隔板間的至少5個(gè)U肋底部，并在已安裝的至少I個(gè)應(yīng)變傳感器所在U肋間隔I 8個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋的底部縱橋向安裝I個(gè)應(yīng)變傳感器，測量通過車輛的縱向應(yīng)變數(shù)據(jù)；B、將測量得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸至光纖光柵解調(diào)儀轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖光柵解調(diào)儀終端進(jìn)行解調(diào)，將車輛經(jīng)過時(shí)引起的應(yīng)變傳感器波長的改變解算成測點(diǎn)位置應(yīng)變的變化，再將解算的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)設(shè)置信號(hào)采樣頻率和同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的應(yīng)變傳感器間距、橫隔板間距參數(shù)后，通過對不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)同一U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變進(jìn)行互相關(guān)分析確定通過車輛的車速，通過對同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)不同U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變面積向量進(jìn)行分析，結(jié)合鋼箱梁U肋應(yīng)變影響線面積向量進(jìn)行夾角余弦距離分析，解算出通過的每輛車在行車道上橫向作用位置和重量。
在上述技術(shù)方案中，步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在相鄰節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。在上述技術(shù)方案中，步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在間隔3 5個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。在上述技術(shù)方案中，步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在間隔4個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。在上述技術(shù)方案中，所述應(yīng)變傳感器安裝在U肋底部的跨中位置或者1/4跨位置。在上述技術(shù)方案中，步驟B中所述計(jì)算機(jī)設(shè)置同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的傳感器間距參數(shù)的過程如下選取同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)P和q，記錄兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)P和q之間的實(shí)際距離D ;若在多個(gè)U肋的不同節(jié)段上設(shè)置了應(yīng)變傳感器，則分別記錄同一 U肋上兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)之間的實(shí)際距離。在上述技術(shù)方案中，步驟B中所述確定通過車輛的車速的過程如下設(shè)定采樣頻率為fs，fs ^ 100Hz，實(shí)時(shí)采集各應(yīng)變傳感器的應(yīng)變信號(hào)，分離出它們各自在同一時(shí)段同一輛車通過時(shí)的應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)Sp (t)和Sq(t)，其中，t為數(shù)據(jù)序號(hào)，t = 1，2，3…n，n為大于3
的整數(shù)，表示數(shù)據(jù)長度，對時(shí)程數(shù)據(jù)求互相關(guān)函數(shù)得到
權(quán)利要求
1.一種用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于包括以下步驟 A、在每個(gè)行車道布置至少6個(gè)應(yīng)變傳感器，其中至少5個(gè)應(yīng)變傳感器縱橋向分別安裝在同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩個(gè)橫隔板間的至少5個(gè)U肋底部，并在已安裝的至少I個(gè)應(yīng)變傳感器所在U肋間隔I 8個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋的底部縱橋向安裝I個(gè)應(yīng)變傳感器，測量通過車輛的縱向應(yīng)變數(shù)據(jù)； B、將測量得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸至光纖光柵解調(diào)儀轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖光柵解調(diào)儀終端進(jìn)行解調(diào)，將車輛經(jīng)過時(shí)引起的應(yīng)變傳感器波長的改變解算成測點(diǎn)位置應(yīng)變的變化，再將解算的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)設(shè)置信號(hào)采樣頻率和同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的應(yīng)變傳感器間距、橫隔板間距參數(shù)后，通過對不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)同一 U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變進(jìn)行互相關(guān)分析確定通過車輛的車速，通過對同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)不同U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變面積向量進(jìn)行分析，結(jié)合鋼箱梁U肋應(yīng)變影響線面積向量進(jìn)行夾角余弦距離分析，解算出通過的每輛車在行車道上橫向作用位置和重量。
2.如權(quán)利要求I所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在相鄰節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。
3.如權(quán)利要求I所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在間隔3 5個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。
4.如權(quán)利要求3所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于步驟A中所述至少I個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在間隔4個(gè)節(jié)段鋼箱梁內(nèi)兩橫隔板間U肋底部。
5.如權(quán)利要求I所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于所述應(yīng)變傳感器安裝在U肋底部的跨中位置或者1/4跨位置。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在干步驟B中所述計(jì)算機(jī)設(shè)置同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的傳感器間距參數(shù)的過程如下選取同一 U肋上在不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)P和q，記錄兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)P和q之間的實(shí)際距離D ;若在多個(gè)U肋的不同節(jié)段上設(shè)置了應(yīng)變傳感器，則分別記錄同一U肋上兩個(gè)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)之間的實(shí)際距離。
7.如權(quán)利要求6所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于步驟B中所述確定通過車輛的車速的過程如下設(shè)定采樣頻率為fs，fs ^ 100Hz,實(shí)時(shí)米集各應(yīng)變傳感器的應(yīng)變信號(hào)，分離出它們各自在同一時(shí)段同一輛車通過時(shí)的應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)Sp(t)和Sq(t)，其中，t為數(shù)據(jù)序號(hào)，t = 1，2，3…η，η為大于3的整數(shù)，表示數(shù)據(jù)長度，對時(shí)程數(shù)據(jù)求互相關(guān)函數(shù)得到Kり=+Σ\(叭( +り，T=a±1’±2”'±w，計(jì)算出互相關(guān)函數(shù)取最大值時(shí)對應(yīng)的參數(shù)τ max, τ max表示車輛通過測點(diǎn)P和q的時(shí)間間隔點(diǎn)數(shù),車D Dxfs輛速度*ν=|7Ι=]Γ了如果在多個(gè)υ肋的不同節(jié)段上設(shè)置了應(yīng)變傳感器，則按照上 ，述方法分別求出多個(gè)車速，然后計(jì)算出多個(gè)車速的平均值，作為最終車速。
8.如權(quán)利要求7所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于計(jì)算出車速后，選取同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的所有應(yīng)變傳感器測點(diǎn)，同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)應(yīng)變傳感器的數(shù)量為M，11為> 5的整數(shù)，橫橋向以行車道的中心位置為零，順橋向以應(yīng)變傳感器的安裝位置為零，計(jì)算車輛在行車道橫向不同位置Xi時(shí)，所有測點(diǎn)的應(yīng)變影響線Lk，xi (y)，其中，k表示測點(diǎn)號(hào),k = 1,2,3…M7Xi表示車輛在橋上的橫向位置,Xi = i XO. 05米，i= 0, ±1, ±2··· ±20, y表不車輛在橋上順橋向位置,對于姆一個(gè)測點(diǎn)k,應(yīng)變影響線Lk,xi(y)是ー個(gè)ニ維矩陣；先采用已知重量的車輛在每個(gè)行車道的橫向不同位置Xi駛過稱重系統(tǒng)的安裝位置，采集所有應(yīng)變傳感器的應(yīng)變數(shù)據(jù)，得到每個(gè)測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)變影響線，對計(jì)算出來的應(yīng)變影響線Lk,xi (y)進(jìn)行標(biāo)定，隨后對車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重假設(shè)兩個(gè)橫隔板之間的間距為1，對于鋼箱梁U肋，影響線在距離應(yīng)變傳感器位置I. 5倍橫隔板外取值接近于零，通過測試軟件對標(biāo)定后的應(yīng)變影響線Lk,xi(y)分別計(jì)算車輛在橋上的行車道橫向不同位置時(shí),每個(gè)測點(diǎn)對應(yīng)的一系列影響線面積
9.如權(quán)利要求8所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在于得到所有測點(diǎn)的影響線面積U勾成的影響線面積向量ん,后，實(shí)時(shí)采集同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)的所有應(yīng)變傳感器測點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)，分離出它們各自在同一輛車通過時(shí)的應(yīng)變時(shí)程數(shù)據(jù)Sk(t)曲線，其中，k表示測點(diǎn)號(hào)，k= 1，2，3…M，M表示同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)應(yīng)變傳感器的數(shù)量；確定車輛通過距應(yīng)變傳感器前后I. 5倍橫隔板位置的時(shí)間tl和t2，分別計(jì)算它們的應(yīng)變面積
10.如權(quán)利要求9所述的用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，其特征在干得到所有應(yīng)變傳感器的應(yīng)變面積Bk構(gòu)成的應(yīng)變面積向量月后，分別計(jì)算實(shí)測應(yīng)變面積向量力與車輛橫向不同作用位置的影響線面積向量ネ^之間夾角的余弦距離
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于正交異性橋面板鋼箱梁橋的車輛荷載動(dòng)態(tài)稱重方法，涉及橋梁健康監(jiān)測領(lǐng)域，包括步驟在正交異性橋面板鋼箱梁內(nèi)頂板U肋底部安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器，測量車輛經(jīng)過傳感器位置時(shí)U肋的縱橋向應(yīng)變，應(yīng)變經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖光柵解調(diào)儀進(jìn)行解調(diào)；通過對不同節(jié)段鋼箱梁內(nèi)同一U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變進(jìn)行互相關(guān)分析確定車輛的車速，對同一節(jié)段鋼箱梁內(nèi)不同U肋上的測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變面積向量進(jìn)行分析，結(jié)合鋼箱梁U肋應(yīng)變影響線面積向量進(jìn)行夾角余弦距離分析，解算出每輛車在行車道上橫向作用位置和重量。本發(fā)明安裝方便、造價(jià)低廉、無需中斷交通、不開挖破壞路面，可實(shí)現(xiàn)橋梁車輛荷載的無損自動(dòng)化動(dòng)態(tài)稱重。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102628708SQ20121010395
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者葉仲韜, 吳巨峰, 李星新, 梅秀道, 汪正興, 王超, 王鳴輝, 程輝, 郭翠翠, 鐘繼衛(wèi) 申請人:中鐵大橋局集團(tuán)有限公司, 中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司