本發(fā)明涉及橋梁試驗(yàn)檢測、健康監(jiān)控及超載車治理領(lǐng)域，特別是基于橋梁動(dòng)應(yīng)變識(shí)別單車軸數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
：近年來，我國陸續(xù)出現(xiàn)了多次重大橋梁事故。這些發(fā)生的事故與很多因素有關(guān)，但是缺乏有效的監(jiān)測措施和必要的維修、養(yǎng)護(hù)措施是重要的原因之一。這些觸目驚心的事故使得人們對(duì)現(xiàn)代橋梁的質(zhì)量和壽命也逐漸關(guān)注起來。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)檢測、健康監(jiān)測和交通運(yùn)輸治理超載車輛，已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的橋梁檢測在很大程度上依賴于管理者和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，往往對(duì)橋梁特別是大型橋梁的狀況缺乏全面的把握和了解，信息得不到及時(shí)反饋。如果對(duì)橋梁的病害估計(jì)不足，就很可能失去養(yǎng)護(hù)的最佳時(shí)機(jī)，加快橋梁損壞的進(jìn)程，縮短橋梁的服務(wù)壽命。如果對(duì)橋梁的病害估計(jì)過高，便會(huì)造成不必要的資金浪費(fèi)，使得橋梁的承載能力不能充分發(fā)揮。目前，車輛超重行駛的現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，而橋梁的負(fù)載是有一定的限度，當(dāng)這些超重的車輛通過橋梁，無疑會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生一定的損害；而且隨著時(shí)間的推移，橋梁的老化，其承載能力也在變化，因此監(jiān)測通過橋梁車輛的重量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于了解橋梁的健康狀況意義重大。但是一般常規(guī)地磅測重設(shè)備價(jià)格昂貴，單車道最便宜的也需要10萬元以上，且安裝時(shí)需要破壞原路面結(jié)構(gòu)；使用時(shí)常規(guī)稱重地磅需要人為或借助攝像設(shè)備判別車輛及車軸數(shù)量；且常規(guī)地磅安裝在橋梁主體結(jié)構(gòu)以外的路面上，多車道橋梁采用常規(guī)地磅難以對(duì)橋上并排行駛車輛對(duì)橋梁的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。即使用常規(guī)的稱重地磅并不適用與橋梁上的車輛車軸數(shù)、車軸距或車軸重的測量，所以，社會(huì)上急需一種適用于測量在橋梁行駛的車輛總重量、車軸數(shù)、車軸距或車軸重的低成本方法或設(shè)備。中國專利201210249735.9公開基于橋梁動(dòng)應(yīng)變識(shí)別車輛重量的方法，包括以下步驟：在橋梁縱向?qū)ΨQ截面上布置動(dòng)應(yīng)變測量裝置；在安裝好動(dòng)應(yīng)變測量裝置的橋梁行車道上進(jìn)行跑車實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)；采用有限元仿真計(jì)算理論動(dòng)應(yīng)變，提取動(dòng)應(yīng)變結(jié)果形成的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，并與實(shí)測值進(jìn)行比較及相關(guān)分析，得出行車速度、動(dòng)應(yīng)變峰值及車輛重量的關(guān)系式T＝f(x,ε)或是曲線；根據(jù)各截面動(dòng)應(yīng)變達(dá)到峰值的時(shí)間差和截面距離采用軟件自動(dòng)計(jì)算行車速度，同截面各測點(diǎn)動(dòng)應(yīng)變峰值取平均，帶入關(guān)系式T＝f(x,ε)或是曲線進(jìn)行計(jì)算或比對(duì)求得通過該截面的車重。這里通過試驗(yàn)尋找行車速度、動(dòng)應(yīng)變峰值及車輛重量的關(guān)系式，存在工作量大、適應(yīng)性不高的問題，特別是每個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)特性均不相同，這樣導(dǎo)致每次安裝都需要對(duì)在使用中的橋梁需要進(jìn)行封閉性試驗(yàn)、且試驗(yàn)次數(shù)多、安裝效率低、安裝使用成本高，其推廣程度不高，無法應(yīng)對(duì)中國目前橋梁的測量需求。中國專利201610114464.4公開了一種用于橋梁的車軸識(shí)別方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟：沿橋梁縱長方向標(biāo)記共包含4～6個(gè)截面的兩個(gè)截面組，形成兩座虛擬簡支梁；采集測量兩個(gè)截面組處的橋梁時(shí)程響應(yīng)，根據(jù)時(shí)程響應(yīng)計(jì)算得到兩組隔離響應(yīng)，將兩組隔離響應(yīng)分別構(gòu)建兩條響應(yīng)時(shí)程曲線；對(duì)響應(yīng)時(shí)程曲線上的局部峰值數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到車輛軸或者軸組的數(shù)量N。這里通過建立模擬方案，并由響應(yīng)時(shí)程曲線來實(shí)現(xiàn)車軸數(shù)的判斷，但需要安裝多組傳感器以形成相互參照的目的，存在安裝復(fù)雜、成本高的不足。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的發(fā)明目的是，針對(duì)上述問題，提供基于橋梁動(dòng)應(yīng)變識(shí)別單車軸數(shù)的方法，通過提供一種具有安裝簡便、成本低、效率高的車軸數(shù)的識(shí)別方法，其通過安裝一個(gè)動(dòng)應(yīng)力傳感器即可以滿足對(duì)車軸數(shù)的測量需求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：基于橋梁動(dòng)應(yīng)變識(shí)別單車軸數(shù)的方法，在單車輛通過橋梁時(shí)對(duì)該車輛的車軸數(shù)測量步驟為：在橋梁1/2跨徑或最大應(yīng)變反應(yīng)處布置動(dòng)應(yīng)變傳感器，所述動(dòng)應(yīng)變傳感器在設(shè)置截面上并沿橋梁的縱向布置；所述動(dòng)應(yīng)變傳感器通過屏蔽電纜依次連接高速采集器和處理單元；所述高速采集器對(duì)動(dòng)應(yīng)變傳感器的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行采集并發(fā)送到處理單元中；所述處理單元對(duì)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行濾波處理并得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，提取得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線的連續(xù)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間，并對(duì)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)處理得到荷載系數(shù)曲線；所述車軸數(shù)為荷載系數(shù)曲線中縱坐標(biāo)負(fù)方向上不小于幅度閾值的線段數(shù)量；所述幅度閾值為滿足橋梁測量需求的最小單載荷通過所述橋梁時(shí)，其對(duì)應(yīng)荷載系數(shù)曲線中最小單載荷對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間的幅度大小。本方案的重點(diǎn)在于獲取荷載系數(shù)曲線從而得到單車軸數(shù)，具體是通過動(dòng)應(yīng)變傳感器取得應(yīng)變信號(hào)數(shù)據(jù)，濾波處理，得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，建立對(duì)應(yīng)的二維坐標(biāo)系，確認(rèn)并提取車輛通過的連續(xù)的正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，且減少運(yùn)算工作，提高工作效率；通過對(duì)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)獲取荷載系數(shù)曲線。荷載系數(shù)曲線為車輛車軸通過動(dòng)應(yīng)變傳感器測試點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)應(yīng)變變化值突變時(shí)對(duì)應(yīng)的軸荷載大小相關(guān)系數(shù)曲線，每個(gè)車軸通過測試點(diǎn)時(shí)引起的應(yīng)變時(shí)唯一的。處理單元根據(jù)荷載系數(shù)曲線和幅度閾值確定荷載系數(shù)曲線上與車輛的車軸對(duì)應(yīng)生成或引起的曲線區(qū)間，并計(jì)算該曲線區(qū)間的幅度大小，該幅度大小為最大曲線區(qū)間幅度大小。幅度閾值為滿足橋梁測量需求的最小單載荷通過所述橋梁時(shí)，其對(duì)應(yīng)荷載系數(shù)曲線中最小單載荷對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間的幅度大小。這里幅度閾值保證選取車輛車軸對(duì)應(yīng)曲線區(qū)間的正確性，具體是篩除由于車輛行駛過程中的振動(dòng)或橋梁振動(dòng)造成的動(dòng)應(yīng)變影響，減少誤差影響。根據(jù)荷載系數(shù)曲線中，車輛每個(gè)車軸對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間都是唯一的，即幅度大小都是唯一的，即可以得到單車通過橋梁時(shí)：車軸數(shù)為荷載系數(shù)曲線中縱坐標(biāo)負(fù)方向上不小于幅度閾值的線段數(shù)量，或滿足條件的所述曲線區(qū)間數(shù)量。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)獲取車輛車軸數(shù)一般采用“峰值法”，即獲取動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，通過軟件數(shù)動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線的峰值數(shù)量從而的到車輛的車輛車軸數(shù)；但是該方法存在以下不足：車輛或橋梁振動(dòng)會(huì)帶來動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線的波峰數(shù)量的變化，軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)量會(huì)存在誤差。優(yōu)選的，車輛作用下的橋梁動(dòng)應(yīng)變數(shù)值大小及波動(dòng)幅值受諸多影響，只有當(dāng)車輛總重達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，在現(xiàn)有的技術(shù)水平和儀器設(shè)備條件下，采用動(dòng)應(yīng)變識(shí)別單車軸重才能有著一定的適用性和準(zhǔn)確度。根據(jù)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)采用高分辨率應(yīng)變傳感器(分辨率不大于0.1με)進(jìn)行動(dòng)應(yīng)變采集，車輛總重作用下的橋梁最大應(yīng)變需滿足(Mmax為車輛作用下的橋梁應(yīng)變測試截面的最大彎矩，ymax為邊緣距離中性軸的最大高度，IE為應(yīng)變測試截面的抗彎剛度)時(shí)，該方法具有普遍可接受的準(zhǔn)確度。優(yōu)選的，由于橋梁受力結(jié)構(gòu)形式多樣，如有受彎的梁式橋、受壓的拱式橋、受拉斜拉橋和懸索橋，經(jīng)試驗(yàn)比對(duì)及受力分析，由于梁式橋廣泛的適用性，其結(jié)構(gòu)受力簡單、傳力路徑明確、作用力與結(jié)構(gòu)反應(yīng)線性關(guān)系良好等特點(diǎn)，采用動(dòng)應(yīng)變識(shí)別單車車軸重有著較好力學(xué)基礎(chǔ)和較高的適用性和識(shí)別精度，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證及比對(duì)分析，梁式橋計(jì)算跨徑L與車輛前后最大軸距l(xiāng)滿足關(guān)系式時(shí)，單車軸重識(shí)別準(zhǔn)確度可滿足橋梁試驗(yàn)檢測及健康監(jiān)控領(lǐng)域的需要。優(yōu)選的，實(shí)測的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線包含較大的環(huán)境噪聲與系統(tǒng)噪聲，未經(jīng)降噪處理不能作為識(shí)別的原始數(shù)據(jù)，綜合應(yīng)變時(shí)程曲線的影響因素與特點(diǎn)，本方法所采用的濾波降噪方法為限幅消抖濾波。優(yōu)選的，所述動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線由處理單元通過有限元仿真計(jì)算理論動(dòng)應(yīng)變，并提取動(dòng)應(yīng)變結(jié)果形成。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：1.本發(fā)明適合于新舊橋梁的安裝檢測，對(duì)橋梁或道路路面本身沒有傷害，無需中斷交通即可以完成安裝。2.本發(fā)明僅在跨中或應(yīng)變最大截面布置1個(gè)應(yīng)變監(jiān)測斷面，所以的整體安裝成本低且安裝方便。3.本發(fā)明僅需一條動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線來識(shí)別單車車軸數(shù)，因此分析識(shí)別更加迅速、快捷、能耗更低，增加了數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性。附圖說明圖1是本發(fā)明單個(gè)集中荷載作用下的簡支梁降噪濾波后的應(yīng)變時(shí)程曲線。圖2是圖1的一階導(dǎo)函數(shù)圖。圖3是圖1的二階導(dǎo)函數(shù)圖。圖4是本發(fā)明單載荷和多載荷應(yīng)變時(shí)程曲線。圖5是圖4中多載荷應(yīng)變時(shí)程曲線一階導(dǎo)函數(shù)圖。圖6是圖4中多載荷應(yīng)變時(shí)程曲線二階導(dǎo)函數(shù)圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)測應(yīng)變時(shí)程曲線圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線包絡(luò)的面積。圖9是本發(fā)明實(shí)施例車輛軸距識(shí)別示意圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)變時(shí)程曲線導(dǎo)函數(shù)圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施進(jìn)一步說明?；跇蛄簞?dòng)應(yīng)變識(shí)別單車軸數(shù)的方法，在單車輛通過橋梁時(shí)對(duì)該車輛的車軸數(shù)測量步驟為：在橋梁1/2跨徑或最大應(yīng)變反應(yīng)處布置動(dòng)應(yīng)變傳感器，所述動(dòng)應(yīng)變傳感器在設(shè)置截面上并沿橋梁的縱向布置；所述動(dòng)應(yīng)變傳感器通過屏蔽電纜依次連接高速采集器和處理單元；所述高速采集器對(duì)動(dòng)應(yīng)變傳感器的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行采集并發(fā)送到處理單元中；所述處理單元對(duì)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行濾波處理并得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，提取得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線的連續(xù)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間，并對(duì)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)處理得到荷載系數(shù)曲線；所述車軸數(shù)為荷載系數(shù)曲線中縱坐標(biāo)負(fù)方向上不小于幅度閾值的線段數(shù)量；所述幅度閾值為滿足橋梁測量需求的最小單載荷通過所述橋梁時(shí)，其對(duì)應(yīng)荷載系數(shù)曲線中最小單載荷對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間的幅度大小。其中，為了提高上述測量方法的準(zhǔn)確性，上述方法應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)形式為梁式橋的橋梁上，并且該橋梁應(yīng)該滿足：車輛總重作用下的橋梁最大應(yīng)變Mmax為車輛作用下的橋梁應(yīng)變測試截面的最大彎矩，ymax為邊緣距離中性軸的最大高度，IE為應(yīng)變測試截面的抗彎剛度。梁式橋計(jì)算跨徑L與車輛前后最大軸距l(xiāng)需滿足關(guān)系式動(dòng)應(yīng)變傳感器為高分辨率應(yīng)變測試裝置，其分辨率小于0.1με。其中，處理單元對(duì)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行限幅消抖濾波處理，得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線。在下述進(jìn)一步說明中，具體是在橋梁1/2跨徑處布置動(dòng)應(yīng)變傳感器，動(dòng)應(yīng)變傳感器通過屏蔽電纜依次連接高速采集器和處理單元，處理單元為對(duì)橋梁監(jiān)控的計(jì)算機(jī)。涉及的橋梁參數(shù)均采用即εmax＝5；涉及到的橋梁與車輛均滿足：橋梁跨徑L與車輛前后最大軸距l(xiāng)的比例關(guān)系為：動(dòng)應(yīng)變傳感器為分辨率為0.01με；以此進(jìn)行原理及舉例說明。為了進(jìn)一步了解上述方案工作原理，這里通過簡支梁應(yīng)變時(shí)程曲線函數(shù)進(jìn)行說明。單個(gè)集中荷載作用下的簡支梁降噪濾波后的應(yīng)變時(shí)程曲線可表示為：其中，t為時(shí)間，L為簡支梁計(jì)算跨徑，v為速度，測點(diǎn)傳感器與所在截面中性軸的距離為y，E是簡支梁彈性模量，I是簡支梁截面慣性矩。對(duì)上式求導(dǎo)得到：式(2)為常函數(shù)不連續(xù)函數(shù)，繼續(xù)對(duì)其求導(dǎo)有：分別作式(1)，式(2)，式(3)函數(shù)圖如圖1-3所示，由圖1可知應(yīng)變曲線的峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是荷載P經(jīng)過動(dòng)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)C所在的截面時(shí)，所引起的應(yīng)變大小，同時(shí)測點(diǎn)C所在的截面也是應(yīng)變時(shí)程曲線由上升轉(zhuǎn)為下降的分界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)圖2中的導(dǎo)數(shù)值由正值變?yōu)樨?fù)值。這說明在測點(diǎn)處的應(yīng)變變化值發(fā)生了突變，而引起應(yīng)變突變的原因是集中荷載依次作用于測點(diǎn)所在截面的左右兩側(cè)，根據(jù)應(yīng)變與力對(duì)應(yīng)一定的彈性關(guān)系，應(yīng)變變化值的大小在某種程度上與對(duì)應(yīng)的荷載大小是成正比的，因此對(duì)于圖3所示的二階導(dǎo)數(shù)值與荷載P的大小是一一對(duì)應(yīng)的。對(duì)于多個(gè)單位集中荷載作用下的應(yīng)變函數(shù)其一階及二階導(dǎo)函數(shù)的表達(dá)式，如下式(4)，式(5)，式(6)所示。其中，t為時(shí)間，N為正整數(shù)，即單位荷載數(shù)量。其中，t為時(shí)間，N為正整數(shù)，即單位荷載數(shù)量。其中，t為時(shí)間，N為正整數(shù)，即單位荷載數(shù)量。這里假設(shè)N＝4，即假定車輛具有4個(gè)軸荷載，軸載荷方程依次為ε1(x)、ε2(x)、ε3(x)和ε4(x)，則根據(jù)式(1)和式(4)分別作出ε1(x)、ε2(x)、ε3(x)和ε4(x)的單載荷函數(shù)圖和多載荷函數(shù)圖，如圖4上部分所示。由圖4可以看出每一個(gè)軸荷載P都對(duì)應(yīng)一個(gè)完整的應(yīng)變影響線，以ε1(x)為例，它表示荷載P1是在原點(diǎn)x＝0處進(jìn)橋，在時(shí)間x＝d3處出橋，對(duì)應(yīng)的d3為實(shí)際橋梁計(jì)算跨徑L。此時(shí)對(duì)于多軸荷載下實(shí)測的應(yīng)變時(shí)程曲線總長度為(d1+d2+d3)，實(shí)測應(yīng)變?chǔ)?x)的總大小為(ε1(x)+ε2(x)+ε3(x)+ε4(x))。對(duì)x做時(shí)間變換x＝vt，v為車速，便得到總的應(yīng)變時(shí)程曲線圖如圖4下部分所示。再對(duì)實(shí)測總應(yīng)變時(shí)程曲線函數(shù)二次求導(dǎo)便得到應(yīng)變變化值突變時(shí)對(duì)應(yīng)的軸荷載大小的荷載系數(shù)曲線，如圖6所示。這里值得指出的是對(duì)于應(yīng)變時(shí)程曲線二階導(dǎo)值為正時(shí)是軸荷載進(jìn)橋或出橋時(shí)所引起的跨中或最大應(yīng)變反應(yīng)處測點(diǎn)應(yīng)變值開始變大，負(fù)值對(duì)應(yīng)的則是軸荷載經(jīng)過測點(diǎn)時(shí)引起的應(yīng)變開始變小。對(duì)于單位軸荷載經(jīng)過測點(diǎn)時(shí)的時(shí)程曲線二價(jià)導(dǎo)數(shù)值在極短的時(shí)間Δt內(nèi)為一不變常量，即形成荷載系數(shù)曲線中確定的曲線區(qū)間，該曲線區(qū)間對(duì)應(yīng)幅度為單位軸荷載經(jīng)過測點(diǎn)時(shí)的時(shí)程曲線二價(jià)導(dǎo)數(shù)值。在對(duì)橋梁基于上述原理進(jìn)行測量時(shí)，在橋梁1/2跨徑處布置動(dòng)應(yīng)變傳感器。高速采集器對(duì)動(dòng)應(yīng)變傳感器的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行采集并發(fā)送到處理單元中。處理單元對(duì)應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行限幅消抖濾波處理并得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，提取得到動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線的連續(xù)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間，并對(duì)正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)處理得到荷載系數(shù)曲線。處理單元根據(jù)荷載系數(shù)曲線和幅度閾值確定并提取荷載系數(shù)曲線上與車輛的車軸對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間，計(jì)算該曲線區(qū)間的幅度大小。幅度閾值為滿足橋梁測量需求的最小單載荷通過所述橋梁時(shí)，其對(duì)應(yīng)荷載系數(shù)曲線中最小單載荷對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間的幅度大小。曲線區(qū)間滿足其幅度大小不小于幅度閾值大小。其中，該車輛車軸數(shù)為：荷載系數(shù)曲線中縱坐標(biāo)負(fù)方向上不小于幅度閾值的線段數(shù)量，或曲線區(qū)間的個(gè)數(shù)。幅度閾值為滿足橋梁測量需求的最小單載荷通過所述橋梁時(shí)，其對(duì)應(yīng)荷載系數(shù)曲線中最小單載荷對(duì)應(yīng)的曲線區(qū)間的幅度大小，即是參數(shù)物理意義與前述相同。這里最小單載荷應(yīng)該滿足在Mmax取最小值時(shí)，其為橋梁受到的載荷大小。該車輛各個(gè)軸荷載的重量大小，或者車輛車軸重由式(7)可得：其中為N為正整數(shù)，即單位荷載數(shù)量，GVW為車輛總重。由荷載系數(shù)曲線可得，車軸重為＝(車輛的車軸對(duì)應(yīng)的幅度大小/車輛的所有車軸對(duì)應(yīng)的幅度大小之和)×車輛總重；車輛總重為正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線包絡(luò)的面積×常系數(shù)。常系數(shù)＝標(biāo)準(zhǔn)噸位的車輛車重/(標(biāo)準(zhǔn)噸位的車輛通過該橋梁得到的正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間內(nèi)動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線包絡(luò)的面積)。該車輛車速由式(8)可得：L為橋梁計(jì)算跨徑，t1為車軸從進(jìn)入橋梁到到達(dá)動(dòng)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)的時(shí)間。由荷載系數(shù)曲線可得，車速為該橋梁跨徑/正應(yīng)變發(fā)生區(qū)的負(fù)方向第一個(gè)曲線區(qū)間到正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間起始點(diǎn)的間距的兩倍該車輛軸距由式(9)可得：Δd＝v(tn-tn-1)＝v·Δt式(9)；v為車速，Δt為車軸通過動(dòng)應(yīng)變傳感器測點(diǎn)的時(shí)間間隔。由荷載系數(shù)曲線可得，軸距＝[所述橋梁的跨徑/(正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間的正方向第一個(gè)曲線區(qū)間到正應(yīng)變發(fā)生區(qū)間起始點(diǎn)的間距的兩倍)]×兩相鄰的曲線區(qū)間之間間距。以下以實(shí)際試驗(yàn)作進(jìn)一步舉例說明。首先取同一車重，這里以20噸模型(4.6kg)車為例，取20T—20Hz簡支梁跨中應(yīng)變AI01(左邊)和AI02(右邊)，兩點(diǎn)進(jìn)行速度的識(shí)別，識(shí)別分為3個(gè)等級(jí)，20km/h(0.29m/s)，40km/h(0.56m/s)，和60km/h(0.83m/s)。圖7中，橫軸表示時(shí)間，采樣頻率為20Hz，每小格時(shí)間間隔為0.05秒，其中AI01線正應(yīng)變值為127格，過橋時(shí)間為127x0.05＝6.35秒；AI02線正應(yīng)變?yōu)?28格，過橋時(shí)間為128×0.05＝6.4秒。相對(duì)誤差如圖8所示，利用相關(guān)軟件求得20t車重(ε-vt)圍成面積為77.46m×ε，常系數(shù)為77.46/4.6＝16.84。車重的識(shí)別以應(yīng)變時(shí)程曲線與坐標(biāo)軸包絡(luò)的面積計(jì)，現(xiàn)以車重識(shí)別分四個(gè)等級(jí)，20t(4.6kg)，40t(8.85kg)，60t(13.42kg)和80t(17.9kg)，其中20t為標(biāo)準(zhǔn)重載，40t，60t，80t為識(shí)別重載。車重面積m×ε識(shí)別車重kg相對(duì)誤％20t(4.6kg)77.464.6040t(8.85kg)148.658.820.360t(13.42kg)234.7213.943.880t(17.9kg)303.6518.030.7由上表可知，通過常系數(shù)和應(yīng)變時(shí)程曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積可以得到車輛總重，其誤差可以在規(guī)定范圍內(nèi)。如圖9所示，以同一軸距，同一車重，不同車速進(jìn)行軸距識(shí)別。現(xiàn)在以20t-20Hz，車軸兩車軸軸距為18cm，車速分別為20km/h(0.29m/s)，40km/h(0.56m/s)，和60km/h(0.83m/s)分別進(jìn)行軸距的識(shí)別。20t-20Hz識(shí)別速度m/s識(shí)別時(shí)間s識(shí)別軸距m相對(duì)誤差％20km/h0.320.50.161140km/h0.6060.250.1521560km/h0.8690.20.1743.4以同一軸距18cm，同一車重20t(4.6kg)，同一車速20km/h(0.29m/s)為例。圖10為小車以20km/h，前軸重1.38kg后軸重3.22kg，采樣頻率為20Hz時(shí)所提取的應(yīng)變時(shí)程曲線圖，如若按照步長為0.05s(即原采樣頻率)對(duì)時(shí)程曲線求導(dǎo)函數(shù)，由于原始時(shí)程曲線圖中各個(gè)點(diǎn)存在上下波動(dòng)的情況，所得的結(jié)果受曲線噪聲影響很大,如圖10標(biāo)注；因此會(huì)造成二次導(dǎo)函數(shù)也隨之上下波動(dòng)，識(shí)別結(jié)果難以達(dá)到預(yù)期效果。這里可通過設(shè)置幅度閾值篩選出符合的識(shí)別結(jié)果，幅度閾值大小為可測量最小噸位車輛通過所述橋梁確定的荷載系數(shù)曲線中負(fù)方向上最小幅度值。由圖10所示，符合曲線區(qū)間定義的只有兩個(gè)，標(biāo)注1、標(biāo)注2，這與實(shí)際車輛軸數(shù)相符。根據(jù)式(7)得到：相對(duì)誤差，對(duì)車軸重的誤差在7.6％，在接受誤差范圍內(nèi)?？梢?，在上述方案下，可以測量得車輛車軸重，滿足橋梁測量的需要。上述說明是針對(duì)本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說明，但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3