公路桥梁动态称重关键技术研究
发布时间：2023-02-28 20:17
过去几十年来,我国公路车辆数量、载重量和货运周转量都经历了长期的快速增长,真实的荷载特性已经发生了巨大的变化。准确快速识别过往车辆的重量、轴距等信息,对于获取用于桥梁结构设计和安全评估的准确车辆荷载模型具有重要的意义,同时在管控超载车辆从而减少由此引起的桥梁损伤甚至失效事故等方面也可以起到重要的作用。桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion,BWIM)是一种利用桥梁响应反算过往车辆重量的技术,具有测量精度高、待测车辆无需停车或减速、系统安装维护方便、不中断交通、对路面无破坏等优点,是一种具有重要潜力的监测道路交通荷载的手段。然而除了称重传感器自身以外,还需要额外的车轴检测辅助系统这一特点降低了既有BWIM系统的实用性,且目前BWIM系统仍然存在着仅适用有限桥梁类型、跨径的问题亟待解决。本文针对BWIM研究中的车轴识别问题和称重算法问题进行了深入的研究,提出了一系列用于识别车辆速度、车轴位置、轴距、轴重和总重识别的理论和方法,包括虚拟简支梁理论、等效剪力理论、虚拟车轴概念,无需路面传感器的识别桥上高速行驶车辆的速度和轴距的虚拟简支梁法、等效剪力法,无需车轴探测器的同时识...
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 桥梁动态称重理论方法
1.2.2 影响线标定
1.2.3 车轴检测与定位
1.2.4 国内外应用现状
1.2.5 BWIM研究存在的不足
1.3 本文的主要工作
第2章 桥梁动态称重与车桥耦合振动
2.1 桥梁动态称重算法
2.1.1 Moses算法
2.1.2 应变面积法
2.1.3 影响线标定
2.2 车桥耦合振动理论与数值仿真
2.2.1 车辆动力学方程
2.2.2 桥梁动力学方程
2.2.3 路面平整度
2.2.4 联立求解车桥耦合方程组
2.3 车桥耦合振动缩尺试验平台
2.3.1 相似比
2.3.2 试验平台
2.3.3 桥梁和车辆模型
2.3.4 传感器与动态数据采集设备
2.4 本章小结
第3章 识别车轴和速度的虚拟简支梁法
3.1 虚拟简支梁理论
3.2 车轴探测方法
3.3 数值模拟
3.3.1 数值仿真工况
3.3.2 单车辆通行工况识别结果
3.3.3 多车辆同时通行工况识别结果
3.4 实验验证
3.4.1 实验装置与试验工况
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第4章 识别车轴和速度的等效剪力法
4.1 等效剪力理论
4.2 车轴识别方法
4.3 数值模拟研究
4.3.1 数值仿真工况
4.3.2 单车辆通行工况识别结果
4.3.3 多车辆同时通行工况识别结果
4.4 实验验证
4.4.1 实验装置与试验工况
4.4.2 结果分析
4.5 本章小结
第5章 无需车轴探测器的桥梁动态称重虚轴法
5.1 虚轴法理论
5.1.1 虚拟车轴假设
5.1.2 车轴位置与轴重计算方法
5.2 数值模拟研究
5.2.1 数值仿真工况
5.2.2 算例
5.2.3 数值模拟结果分析
5.3 实验验证
5.3.1 实验装置与试验工况
5.3.2 提取影响线
5.3.3 结果分析
5.4 本章小结
第6章 基于聚类和梯度法的桥梁动态称重方法
6.1 基于梯度法的车辆轴距与轴重识别方法
6.1.1 非负车辆轴重估计算法
6.1.2 基于梯度法的车轴位置与轴重优化求解
6.1.3 虚拟车轴假设
6.1.4 非零虚轴聚类
6.2 数值模拟研究
6.2.1 数值仿真工况
6.2.2 数值模拟结果分析
6.3 实验验证
6.3.1 实验装置与试验工况
6.3.2 结果分析
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录 攻读学位期间撰写的学术论文和专利
致谢
本文编号：3751767
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 桥梁动态称重理论方法
1.2.2 影响线标定
1.2.3 车轴检测与定位
1.2.4 国内外应用现状
1.2.5 BWIM研究存在的不足
1.3 本文的主要工作
第2章 桥梁动态称重与车桥耦合振动
2.1 桥梁动态称重算法
2.1.1 Moses算法
2.1.2 应变面积法
2.1.3 影响线标定
2.2 车桥耦合振动理论与数值仿真
2.2.1 车辆动力学方程
2.2.2 桥梁动力学方程
2.2.3 路面平整度
2.2.4 联立求解车桥耦合方程组
2.3 车桥耦合振动缩尺试验平台
2.3.1 相似比
2.3.2 试验平台
2.3.3 桥梁和车辆模型
2.3.4 传感器与动态数据采集设备
2.4 本章小结
第3章 识别车轴和速度的虚拟简支梁法
3.1 虚拟简支梁理论
3.2 车轴探测方法
3.3 数值模拟
3.3.1 数值仿真工况
3.3.2 单车辆通行工况识别结果
3.3.3 多车辆同时通行工况识别结果
3.4 实验验证
3.4.1 实验装置与试验工况
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第4章 识别车轴和速度的等效剪力法
4.1 等效剪力理论
4.2 车轴识别方法
4.3 数值模拟研究
4.3.1 数值仿真工况
4.3.2 单车辆通行工况识别结果
4.3.3 多车辆同时通行工况识别结果
4.4 实验验证
4.4.1 实验装置与试验工况
4.4.2 结果分析
4.5 本章小结
第5章 无需车轴探测器的桥梁动态称重虚轴法
5.1 虚轴法理论
5.1.1 虚拟车轴假设
5.1.2 车轴位置与轴重计算方法
5.2 数值模拟研究
5.2.1 数值仿真工况
5.2.2 算例
5.2.3 数值模拟结果分析
5.3 实验验证
5.3.1 实验装置与试验工况
5.3.2 提取影响线
5.3.3 结果分析
5.4 本章小结
第6章 基于聚类和梯度法的桥梁动态称重方法
6.1 基于梯度法的车辆轴距与轴重识别方法
6.1.1 非负车辆轴重估计算法
6.1.2 基于梯度法的车轴位置与轴重优化求解
6.1.3 虚拟车轴假设
6.1.4 非零虚轴聚类
6.2 数值模拟研究
6.2.1 数值仿真工况
6.2.2 数值模拟结果分析
6.3 实验验证
6.3.1 实验装置与试验工况
6.3.2 结果分析
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录 攻读学位期间撰写的学术论文和专利
致谢
本文编号：3751767
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3751767.html
