[发明专利]一种基于长标距光纤光栅传感技术的桥梁动态称重方法及动态称重系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于长标距光纤光栅传感技术的桥梁动态称重系统，可实现对桥梁上移动车辆载重实时监测，有效预警超载车辆。

背景技术

桥梁是公路和铁路网的重要组成部分。近年来，随着社会经济的不断发展，车辆超载已成为桥梁坍塌的主要原因之一。超载车辆的反复行驶，严重威胁桥面的基础设施安全，明显加速桥梁的疲劳退化。尤其是在全国桥梁中占有较大比例的旧桥，由于抵抗力不断衰减，在超载车辆的作用下，会严重破坏，甚至倒塌。同时，考虑不断增长的桥梁维护管理成本，决策者需要对桥梁上实际作用的车辆荷载进行控制，以保证服役桥梁的安全性和剩余寿命。

称重系统具有控制和监测车辆载重的潜力。称重系统主要分为两类：传统的路面式称重系统和桥梁动态称重系统。路面式称重系统通过在路面铺装层埋设或表面安放贯穿车道的传感器，利用传感器动力响应随作用荷载变化的特性，达到动态称重的目的。但是该类方法安装传感器时需要封路，长期嵌入式传感器的维护等都使得花费较大，并且在一些工况下测量精度不高。针对这些问题后来发展了桥梁动态称重技术。桥梁动态称重技术(B-WIM)是基于桥梁的变形测量，并使用这些测量去估计过往车辆的属性。与路面称重系统相比，B-WIM具有花费和维护费用较低，不破坏路面、耐久性好等优点。

现有的B-WIM理论研究，主要可以分为两大类：一类是基于影响线理论的静力反问题求解，即通过影响线建立应变与车辆轴重之间的线性叠加关系，从而得到车辆的静态轴重；另一类是动力反应问题的研究，从桥梁动力响应中直接识别桥面时边移动车轴，继而推算出车辆静态轴重。第一类方法，轴数、轴距和车速均是计算轴重的必要数据；早期的B-WIM都需要在路面中间安装至少两个一定间距的传感器，以检测车轴，然后计算车速，同时也被用来进行车型分类和轴重计算，但其主要缺点是安装和维修干扰交通，且不耐久。后来，利用应变历程在车轴作用下产生的应变尖峰来识别车轴的方法提出了无车轴检测装置的B-WIM，但是却不能有效识别所有车辆。对于第二类方法，国内外学者提出力平衡法、模态叠加法、时域法以频时域法等，尽管这些方法都能有效识别桥梁移动车轴，但由于车桥耦合振动的复杂性以及结构动力学逆问题的不适定性等，这种方法离实际应用尚有一段距离。非路面式B-WIM新方法的引入大大增强了B-WIM系统的耐久性，然而，桥梁应变影响线和车轴信息的准确严重影响B-WIM的测试精度，在多车辆荷载工况下，就更难被准确识别。

发明内容

针对上述现有方法与技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供了一种在多车辆载荷工况下识别准确度高的基于长标距光栅光纤传感技术的桥梁动态称重方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于长标距光纤光栅传感技术的桥梁动态称重方法，其特征在于，步骤为：

1)、长标距传感器布设：沿桥梁的长度方向在车辆初始驶入和最终驶出的两个边跨单元和位于两个边跨单元之间分别布设长标距传感器；

2)待识别车辆荷载工况监测：采集在待识别车辆荷载工况下各个传感单元的应变响应数据，计算仅由轴重引起的各个传感单元的最大应变Dε′_i；

3)标准车辆荷载工况监测：将已知各项参数的车辆作为标准车辆，采集在标准车辆荷载工况下各个传感单元的应变响应数据，计算仅由轴重引起的各个传感单元的最大应变ε′_i；

4)待识别车辆荷载工况下的车辆荷载识别：

式中：CL_i为第i个单元上识别的车辆载重，BCL为标准车辆的车辆载重。

步骤2)中，计算最大应变Dε′_i的方法如下：

21)从各个传感单元中采集的应变时程数据中提取各个单元的最大应变值Dε_i；

22)对两个边跨单元的数据，进行一阶差分处理，并从这两组差分数据中寻找多个峰值MP_k及其发生的时间，并进一步得到：

Dd_k＝DV_k+1*(lt_k+1-lt_k),k＝1,2,…,na