[發明專利]一種橋梁移動車輛荷載識別方法

有效

• 申請號: 201811438096.4
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109635386B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 賈獻卓;丁勇;常英;朱斌;陳光;劉劍;郝建;周彤;張志強;耿東方
• 申請（專利權）人: 中電建冀交高速公路投資發展有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G01G19/03
• 代理公司: 深圳匯策知識產權代理事務所(普通合伙) 44487
• 代理人: 遲芳

1.一種橋梁移動車輛荷載識別方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟一：確定目標車輛的靜態重量：選取車輛作為目標車輛，利用車輛稱重系統對目標車輛進行稱重，通過車輛稱重系統獲得目標車輛的車型信息、整車重量m、車軸重量m_z和輪胎重量為m_L，車軸和輪胎組成下車體，下車體的重量為m₂，下車體的重量m₂為車軸重量m_z和輪胎重量m_L的總重量，即m₂＝m_z+m_L，目標車輛中車軸以上部分為上車體，上車體的重量為m₁，即m₁＝m-m₂；

步驟二：確定目標車輛的參數：通過圖像信息獲得目標車輛車型、上車體的重量初始值下車體的重量初始值目標車輛的車軸與上車體之間的剛度初始值目標車輛的輪胎與路面之間的剛度初始值目標車輛的阻尼系數初始值c⁰，在橋梁的端部設置減速帶，驅動目標車輛使其以10～30Km/h的車速勻速行駛通過減速帶，在減速帶設置激光位移計或高清攝像頭以記錄目標車輛上、下顛簸的豎向位移y_m，目標車輛上、下顛簸的豎向位移y_m包括上車體的豎向位移y₁和下車體的豎向位移y₂，利用上車體的豎向位移y₁、下車體的豎向位移y₂、上車體的重量初始值下車體的重量初始值目標車輛的車軸與上車體之間的剛度初始值目標車輛的輪胎與路面之間的剛度初始值目標車輛的阻尼系數初始值c⁰計算得到的豎向位移為y_cal，豎向位移y_cal的計算公式為：

其中，

此時公式(1)寫成公式(2)：

采用非線性最小二乘法，使得目標車輛的物理參數在初始值c⁰的基礎上逐步優化，保證公式(3)取得最小值，從而確定目標車輛的物理參數值分別為m₁、m₂、k₁、k₂、c，根據目標車輛的實際物理參數獲得目標車輛的四分之一車體模型，目標車輛的四分之一車體模型的計算公式如下：

其中，的定義為目標車輛的阻尼系數初始值c⁰計算得到的豎向位移；

y_m(m₁、m₂、c、k₁、k₂)的定義為在減速帶設置激光位移計或高清攝像頭以記錄目標車輛在物理參數初始值c⁰對應上、下顛簸的豎向位移；

J(m₁、m₂、c、k₁、k₂)的定義為基于非線性最小二乘法的目標車輛的四分之一車體模型確定目標車輛的物理參數最小值的優化目標函數；

步驟三：確定目標車輛的行駛速度：在橋梁的兩端分別設置雷達測速器，通過雷達測速器獲得橋梁上往返目標車輛的行駛速度v；

步驟四：確定目標車輛的豎向加速度：在橋梁的起始端設置第一加速度接收器，在橋梁的末尾端設置第二加速度接收器，當目標車輛行駛至第一加速度接收器時，駕駛員開啟車載WiFi連接設備，第一加速度接收器記錄WiFi連接設備的啟動時間t₁，當目標車輛在橋梁上行駛時，目標車輛內置加速度傳感器記錄并存儲目標車輛在橋上行駛過程中產生的車輛豎向振動加速度，分別為上車體的豎向振動加速度以及下車體的豎向振動加速度當目標車輛行駛至橋梁末尾端時，第二加速度接收器通過WiFi連接，接收目標車輛在通過橋梁過程中的上車體的豎向振動加速度和下車體的豎向振動加速度并記錄信號傳輸時間t₂；

步驟五：建立系統數值模型：建立橋梁結構的簡化數值模型，其中，橋梁長度為L，將橋梁劃分為n個等長度單元，上車體的豎向位移為y₁，下車體的豎向位移為y₂，在t時刻，目標車輛與橋梁起始端的距離為x(t)，y(x(t))為目標車輛與橋梁起始端的距離為x(t)時所處位置的橋面變形，而r(x(t))為目標車輛與橋梁起始端的距離為x(t)時所處位置的橋面粗糙度，推導過程如下：

x(t)＝vt (6)

在公式(4)和(5)中，表示目標車輛在t時刻上車體的豎向運動速度；表示目標車輛在t時刻下車體的豎向運動速度，F為目標車輛所承受的豎向外荷載；

在公式(6)中，x(t)為目標車輛在t時刻距離橋梁起始端的距離，此時，橋面與目標車輛之間的相互作用力為F_int(t)，即移動車輛荷載，移動車輛荷載的F_int(t)的公式如下：

F_int(t)＝(m₁+m₂)g+k₂(y₂-y(x(t))-r(x(t)))＝(m₁+m₂)g+F-m₁y₁-m₂y₂ (7)

其中，g為重力加速度，根據公式(4)、(5)、(6)和(7)，得到移動車輛荷載F_int(t)的進一步推到公式(8)，

從而計算得出橋面與目標車輛之間的相互作用力F_int(t)，即移動車輛荷載；

步驟六：確定移動目標車輛的荷載：根據步驟四中獲得的目標車輛通過橋梁過程中的豎向加速度和結合步驟五中的公式(8)，獲得在持續時間為t₂-t₁的范圍內，目標車輛行駛過程中，橋梁結構與移動車輛之間的相互作用力F_int(t)。

2.根據權利要求1所述的一種橋梁移動車輛荷載識別方法，其特征在于：第一加速度接收器和第二加速度接收器均為支持WiFi連接設備連接、具有數據傳輸和存儲功能的微型存儲器。