基于桥梁动应变识别单车轴数的方法技术

本发明专利技术公开了基于桥梁动应变识别单车轴数的方法，属于桥梁试验检测、健康监控及超载车治理领域。在梁式桥跨中或最大应变反应截面布置高分辨率应变测试装置(传感器)，测试车辆作用下的桥梁动应变时程曲线，对动应变时程曲线进行滤波降噪或拟合，并进行一阶及二阶求导，结合有限元模拟结果、曲线求导结果，计算获得车辆的车轴数。该方法只需要在桥梁上布置1个应变测试截面，安装简单、成本低廉；无需破坏桥面或路面结构，对现有桥梁道路无损伤；识别算法简单、准确度高。

Method for identifying single axle number based on dynamic strain of bridge

The invention discloses a method for identifying a single axle number based on bridge dynamic strain, belonging to the field of bridge test detection, health monitoring and overload vehicle control. In the device or the maximum strain of beam bridge cross reaction cross section layout of high resolution strain test (sensor), bridge test vehicle under dynamic strain time curve, filtering denoising or fitting the curve of dynamic strain, and one order and two order derivative, based on the finite element simulation results, the result of derivation curve, calculation get the vehicle axle number. The method only needs 1 strain test sections on the bridge. The installation is simple and the cost is low. There is no need to damage the bridge deck or pavement structure, no damage to the existing bridge road, and the identification algorithm is simple and accurate.

【技术实现步骤摘要】
基于桥梁动应变识别单车轴数的方法
本专利技术涉及桥梁试验检测、健康监控及超载车治理领域，特别是基于桥梁动应变识别单车轴数的方法。
技术介绍
近年来，我国陆续出现了多次重大桥梁事故。这些发生的事故与很多因素有关，但是缺乏有效的监测措施和必要的维修、养护措施是重要的原因之一。这些触目惊心的事故使得人们对现代桥梁的质量和寿命也逐渐关注起来。对桥梁结构进行试验检测、健康监测和交通运输治理超载车辆，已成为国内外学术界、工程界研究的热点。传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息得不到及时反馈。如果对桥梁的病害估计不足，就很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务寿命。如果对桥梁的病害估计过高，便会造成不必要的资金浪费，使得桥梁的承载能力不能充分发挥。目前，车辆超重行驶的现象频频出现，而桥梁的负载是有一定的限度，当这些超重的车辆通过桥梁，无疑会对桥梁产生一定的损害；而且随着时间的推移，桥梁的老化，其承载能力也在变化，因此监测通过桥梁车辆的重量，并进行数据统计，对于了解桥梁的健康状况意义重大。但是一般常规地磅测重设备价格昂贵，单车道最便宜的也需要10万元以上，且安装时需要破坏原路面结构；使用时常规称重地磅需要人为或借助摄像设备判别车辆及车轴数量；且常规地磅安装在桥梁主体结构以外的路面上，多车道桥梁采用常规地磅难以对桥上并排行驶车辆对桥梁的影响进行统计。即使用常规的称重地磅并不适用与桥梁上的车辆车轴数、车轴距或车轴重的测量，所以，社会上急需一种适用于测量在桥梁行驶的车辆总重量、车轴数、车轴距或车轴重的低成本方法或设备。中国专利201210249735.9公开基于桥梁动应变识别车辆重量的方法，包括以下步骤：在桥梁纵向对称截面上布置动应变测量装置；在安装好动应变测量装置的桥梁行车道上进行跑车实验，同时采集数据，并将数据传输至计算机；采用有限元仿真计算理论动应变，提取动应变结果形成的动应变时程曲线，并与实测值进行比较及相关分析，得出行车速度、动应变峰值及车辆重量的关系式T＝f(x,ε)或是曲线；根据各截面动应变达到峰值的时间差和截面距离采用软件自动计算行车速度，同截面各测点动应变峰值取平均，带入关系式T＝f(x,ε)或是曲线进行计算或比对求得通过该截面的车重。这里通过试验寻找行车速度、动应变峰值及车辆重量的关系式，存在工作量大、适应性不高的问题，特别是每个桥梁的结构特性均不相同，这样导致每次安装都需要对在使用中的桥梁需要进行封闭性试验、且试验次数多、安装效率低、安装使用成本高，其推广程度不高，无法应对中国目前桥梁的测量需求。中国专利201610114464.4公开了一种用于桥梁的车轴识别方法及系统，该方法包括步骤：沿桥梁纵长方向标记共包含4～6个截面的两个截面组，形成两座虚拟简支梁；采集测量两个截面组处的桥梁时程响应，根据时程响应计算得到两组隔离响应，将两组隔离响应分别构建两条响应时程曲线；对响应时程曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。这里通过建立模拟方案，并由响应时程曲线来实现车轴数的判断，但需要安装多组传感器以形成相互参照的目的，存在安装复杂、成本高的不足。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是，针对上述问题，提供基于桥梁动应变识别单车轴数的方法，通过提供一种具有安装简便、成本低、效率高的车轴数的识别方法，其通过安装一个动应力传感器即可以满足对车轴数的测量需求。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：基于桥梁动应变识别单车轴数的方法，在单车辆通过桥梁时对该车辆的车轴数测量步骤为：在桥梁1/2跨径或最大应变反应处布置动应变传感器，所述动应变传感器在设置截面上并沿桥梁的纵向布置；所述动应变传感器通过屏蔽电缆依次连接高速采集器和处理单元；所述高速采集器对动应变传感器的应变信号进行采集并发送到处理单元中；所述处理单元对应变信号进行滤波处理并得到动应变时程曲线，提取得到动应变时程曲线的连续正应变发生区间，并对正应变发生区间内的动应变时程曲线进行二阶求导处理得到荷载系数曲线；所述车轴数为荷载系数曲线中纵坐标负方向上不小于幅度阈值的线段数量；所述幅度阈值为满足桥梁测量需求的最小单载荷通过所述桥梁时，其对应荷载系数曲线中最小单载荷对应的曲线区间的幅度大小。本方案的重点在于获取荷载系数曲线从而得到单车轴数，具体是通过动应变传感器取得应变信号数据，滤波处理，得到动应变时程曲线，建立对应的二维坐标系，确认并提取车辆通过的连续的正应变发生区间，保证数据准确性，且减少运算工作，提高工作效率；通过对正应变发生区间内的动应变时程曲线进行二阶求导获取荷载系数曲线。荷载系数曲线为车辆车轴通过动应变传感器测试点时，对应应变变化值突变时对应的轴荷载大小相关系数曲线，每个车轴通过测试点时引起的应变时唯一的。处理单元根据荷载系数曲线和幅度阈值确定荷载系数曲线上与车辆的车轴对应生成或引起的曲线区间，并计算该曲线区间的幅度大小，该幅度大小为最大曲线区间幅度大小。幅度阈值为满足桥梁测量需求的最小单载荷通过所述桥梁时，其对应荷载系数曲线中最小单载荷对应的曲线区间的幅度大小。这里幅度阈值保证选取车辆车轴对应曲线区间的正确性，具体是筛除由于车辆行驶过程中的振动或桥梁振动造成的动应变影响，减少误差影响。根据荷载系数曲线中，车辆每个车轴对应的曲线区间都是唯一的，即幅度大小都是唯一的，即可以得到单车通过桥梁时：车轴数为荷载系数曲线中纵坐标负方向上不小于幅度阈值的线段数量，或满足条件的所述曲线区间数量。相比之下，现有技术获取车辆车轴数一般采用“峰值法”，即获取动应变时程曲线，通过软件数动应变时程曲线的峰值数量从而的到车辆的车辆车轴数；但是该方法存在以下不足：车辆或桥梁振动会带来动应变时程曲线的波峰数量的变化，软件统计数量会存在误差。优选的，车辆作用下的桥梁动应变数值大小及波动幅值受诸多影响，只有当车辆总重达到一定数值时，在现有的技术水平和仪器设备条件下，采用动应变识别单车轴重才能有着一定的适用性和准确度。根据大量的试验验证，当采用高分辨率应变传感器(分辨率不大于0.1με)进行动应变采集，车辆总重作用下的桥梁最大应变需满足(Mmax为车辆作用下的桥梁应变测试截面的最大弯矩，ymax为边缘距离中性轴的最大高度，IE为应变测试截面的抗弯刚度)时，该方法具有普遍可接受的准确度。优选的，由于桥梁受力结构形式多样，如有受弯的梁式桥、受压的拱式桥、受拉斜拉桥和悬索桥，经试验比对及受力分析，由于梁式桥广泛的适用性，其结构受力简单、传力路径明确、作用力与结构反应线性关系良好等特点，采用动应变识别单车车轴重有着较好力学基础和较高的适用性和识别精度，经试验验证及比对分析，梁式桥计算跨径L与车辆前后最大轴距l满足关系式时，单车轴重识别准确度可满足桥梁试验检测及健康监控领域的需要。优选的，实测的动应变时程曲线包含较大的环境噪声与系统噪声，未经降噪处理不能作为识别的原始数据，综合应变时程曲线的影响因素与特点，本方法所采用的滤波降噪方法为限幅消抖滤波。优选的，所述动应变时程曲线由处理单元通过有限元仿真计算理论动应变，并提取动应变结果形成。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术适本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于桥梁动应变识别单车轴数的方法，其特征在于，在单车辆通过桥梁时对该车辆的车轴数测量步骤为：在桥梁1/2跨径或最大应变反应处布置动应变传感器，所述动应变传感器在设置截面上并沿桥梁的纵向布置；所述动应变传感器通过屏蔽电缆依次连接高速采集器和处理单元；所述高速采集器对动应变传感器的应变信号进行采集并发送到处理单元中；所述处理单元对应变信号进行滤波处理并得到动应变时程曲线，提取得到动应变时程曲线的连续正应变发生区间，并对正应变发生区间内的动应变时程曲线进行二阶求导处理得到荷载系数曲线；所述车轴数为荷载系数曲线中纵坐标负方向上不小于幅度阈值的线段数量；所述幅度阈值为满足桥梁测量需求的最小单载荷通过所述桥梁时，其对应荷载系数曲线中最小单载荷对应的曲线区间的幅度大小。

【技术特征摘要】
1.基于桥梁动应变识别单车轴数的方法，其特征在于，在单车辆通过桥梁时对该车辆的车轴数测量步骤为：在桥梁1/2跨径或最大应变反应处布置动应变传感器，所述动应变传感器在设置截面上并沿桥梁的纵向布置；所述动应变传感器通过屏蔽电缆依次连接高速采集器和处理单元；所述高速采集器对动应变传感器的应变信号进行采集并发送到处理单元中；所述处理单元对应变信号进行滤波处理并得到动应变时程曲线，提取得到动应变时程曲线的连续正应变发生区间，并对正应变发生区间内的动应变时程曲线进行二阶求导处理得到荷载系数曲线；所述车轴数为荷载系数曲线中纵坐标负方向上不小于幅度阈值的线段数量；所述幅度阈值为满足桥梁测量需求的最小单载荷通过所述桥梁时，其对应荷载系数曲线中最小单载荷对应的曲线区间的幅度大小。2.根据权利要求1所述的基于桥梁动应变识...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝天之，陈齐风，罗吉智，邱波，刘世建，于孟生，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45