基于虚拟简支梁法的桥梁动态称重研究

摘要

Moses算法是桥梁动态称重（BWIM）技术中最可靠的算法之一，是目前各商业 BWIM系统的基础。然而，受影响线标定的约束，当前的商用 BWIM系统仅适用于短跨径桥梁。探索新的方法进一步扩大BWIM的适用桥梁跨径范围已成为一个急需解决的重要问题。
　　针对这一情况，提出了隔离响应概念，并基于该理论提出了虚拟简支梁法（Virtual Simply-supported Beam Method，简称VSSB）。该方法利用桥梁上的某一区段的隔离应变计算车辆的轴重和总重，可适用于较大跨径的受弯桥梁结构且识别精度不受桥梁跨径的限制。建立了跨径为20m和40m的简支 T梁桥有限元模型，基于车桥耦合振动理论模拟获得桥梁响应，并利用提出的新方法识别了车辆的轴重和总重。分析了路面平整度、车辆行驶速度等因素对识别精度的影响。并与传统Moses算法的识别精度进行了对比研究。最后，利用实验室缩尺比例模型对新方法进行相关实验验证。数值模拟结果表明：对于较短跨径的20m T梁桥，常见三轴车的总重识别误差平均值为2％左右，五轴车的总重识别误差平均值为于1%左右，精度都稍优于传统Moses算法；而对于传统Moses算法不适用的40m T梁桥，本方法识别车辆总重的误差平均值仍可控制在3.5%以内，表明新方法不受桥梁跨径的限制，具有更广的应用前景。主要研究内容有：
　　（1）阐述本课题的研究背景与意义，并介绍移动车辆荷载的动态称重技术分类，指出传统路面动态称重系统和桥梁动态称重系统的优缺点。综述了BWIM国内外研究状况，确定论文的主要研究内容。
　　（2）建立车桥耦合振动的动力学方程，利用Ansys软件建立桥梁模型，建立车辆三维空间模型。对路面平整度等级进行划分，并说明其数值模拟方法，为基于传统Moses算法和VSSB法的桥梁动态称重的数值模拟提供了理论基础和数值仿真条件。
　　（3）基于传统 Moses算法进行桥梁动态称重的数值模拟研究。对传统 Moses算法进行详细推导，并介绍了BWIM系统的车重识别理论发展及其工程应用。利用Ansys软件建立一座跨径20m简支T梁桥，并基于传统Moses算法进行了数值模拟，计算分析了不同路面平整度、行驶速度及车辆模型等因素对车辆轴重、总重识别精度的影响。
　　（4）基于 VSSB法进行桥梁动态称重的数值模拟研究。首先，对 VSSB法进行基本理论的研究，推导了 VSSB法公式。基于 VSSB法数值模拟的结果，计算分析了不同路面平整度、行驶速度等因素对车辆轴重、总重识别精度的影响，并与传统Moses算法的识别结果作了对比。
　　（5）基于 VSSB法进行桥梁动态称重的实验验证。利用实验室缩尺比例模型进行相关实验研究，对提出的虚拟简支梁法进行实验验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 车桥耦合振动理论

2.1引言

2.2车辆模型

2.3桥梁模型

2.4车桥耦合系统

2.5路面平整度

2.6本章小结

第3章 基于Moses算法的车重识别数值模拟

3.1引言

3.2 BWIM系统车重识别理论的发展

3.3 BWIM系统的工程应用

3.4传统Moses算法推导

3.5 BWIM适用范围及轴重识别精度分类

3.6数值模拟算例分析

3.7本章小结

第4章 基于虚拟简支梁法的车重识别数值模拟

4.1引言

4.2虚拟简支梁法介绍

4.3数值模拟算例分析

4.4本章小结

第5章 虚拟简支梁法车重识别实验验证

5.1引言

5.2实验概况

5.3实验步骤

5.4实验结果分析

5.5本章小结

结论与展望

1.结论

2.创新点

3.不足与展望

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录及参与的科研项目）