动态称重系统在城市桥梁运营管理中的运用

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1、2014年7川第7期城市道桥与防洪管理施工29I动态称重系统在城市桥梁运营管理中的运用冯敏幸书(上海市闵行区规划设计研究院，上海市201l99)摘要：动态称重系统(WIM)不仅能够识别车辆的荷载状况，而且能够提供较为全面的交通流信息，能够模拟出最为接近现实的简载谱，从而正确评估桥梁重要构件的疲劳剩余寿命．该文通过对某大桥的WIM数据提取分析，研究该桥的实际荷载值超}il设汁衙载的比例和比率，为桥面铺装设计寿命评估、桥梁受力构件的安全性和耐久性评估及桥梁的运营管理提供参考。关键词：动态称重；健康监测；疲劳分析；超载管理中图分类号：U446．2文献标识码：B文章

2、编号：l009—77l6(2014)07—0291—030前言随着我围经济的快速发展，交通运输在国民经济中发挥着越来越重要的作用。高速公路和城市道路的车流量与日俱增，随之而来的货车超载现象屡见不鲜，对公路、城市道路和桥梁隧道造。—高——j■—50l50250350450550成了严重的损害。有关研究表明，载重量超限一时间／s倍的车辆通过一次对路面损害相当于标准载重车图1动态称重系统工作原理图辆连续通过16次，则公路设计标准需提高6倍通常在每条车道安装2条压电式传感器和1多。而行驶于公路的车辆如果轴重超过30％，公个地感应线圈，当车辆各轴依次通过压电传感器路使

3、用寿命就会缩短56％⋯。针对重要桥梁隧道和地感线圈时，产生一个信号序列(图l中右侧建立的结构健康监测系统的主要目的就是为了掌的波形曲线为一辆四轴货车通过时系统所记录到握结构在运营期间的荷载作用和结构响应状态，的信号波形)。由于压电式传感器输的电压信以便及时调整桥隧结构的运营管理策略，保障结号与车辆压过的压力存在比例关系(图1波形图构运行的安全。中表现为尖脉冲信号)，控制设备记录陔电压信动态称重系统(WeighinMotion，简称wIM)的号和产生的时间，并换算成相应的轴重数据。根f}J现不仅能够对超载车辆进行识别，而且能够提据同一根轴通过两个压电传感器的时

4、间可以测算供较为全面的交通流信息，为桥隧管理单位评估结构的疲劳剩余寿命、掌握结构的实际运行情况圈车速，根据多根轴通过同一个压电传感器的时问，可测算车辆轴距和轴数。而地感线圈受汽车及制定运营养护策略提供依据。金属底盘的激活作用产生矩形脉冲，用于区分同1WlM工作原理及特点一车道的不同车辆，判定尖脉冲信号序列的归属，并计算确定车辆底盘长度和检测前后车问目前动态称重产品一般能够实现交通流量检距。根据单车的轴距和轴数数据，还可以进一步测、车辆分类和动态称重的主要功能，其基本组对车辆进行分类识别。动态称重系统采集的基本成包括：地感线圈、轴载称重传感器和控制设信息是矩形

5、脉冲和尖脉冲的信号序列，根据一定备。对于有车牌识别需求的系统也会包括视频设的算法，可以得到衍生的数据信息，主要包括总备。轴载称重传感器是WIM系统的核心器件，目重、轴重、轴数、轴组数、轴距、车速、车型、前主要有压电式传感器、弯板式传感器、电容式车道荷载等一系列数据。传感器、桥式称重平台和光纤式传感器l2_。以压电式传感器的WIM系统为例，其基本T作原理如2WIM技术在疲劳评估中的应用图1所示、结构疲劳安全性能评估是桥梁健康监测中重收稿日期：2014一o4—03要内容之一。根据Miner线性叠加原则，构件疲作者简介：冯敏炜(1979一)，男，上海人，硕，一r程

6、师，从事城市规划设计T作。劳损伤取决于每次荷载作用产生的构件应力幅所292管理施工城市道桥与防洪2014年7月第7期造成的损伤度总和。闪此，荷载谱的确定是疲劳当然，在实际应用WIM系统的桥梁结构巾，分析评估的重要环节。目前的荷载谱确定的处理主要针对钢结构尤其是正交异性钢桥面板的疲劳法主要有=三种。性能进行监测，因此，在后续的钢结构桥面的疲2．1规范值法劳性能评估中，十分关心W1M系统统计得到的轴这类方法通常借鉴美国、英国或欧盟荷载规载谱I。对WIM系统的数据需要做一定的处理，范(如BS5400、DIN1072和Euroeode1)给f{J的疲劳寿主要包括以下

7、两个方面：命评估荷载模型。这类方法较为简单和直观，也(1)数据传输。动态称重的实时监测数据通比较容易被桥梁设计者接受，但是规范考虑通用过专用服务传输接口控件定期扣‘包后，以文件格性，没有考虑具体桥梁所处的特定环境，一般按式传送到健康监测系统中。专用服务传输接fI控照规范进行的荷载评估是非常保守的。T．J．Miao件是适用于各种信号的，对于非同定时问问隔的HjWIM数据模拟H{桥梁运营荷载要小于英国、动态称重数据序列，后期提取和通道定义上十分美同和德等阳荷载规范值I。繁琐。闲此，需要在健康监测系统接收端配置2．2交通调查法数据库，以表的形式存储，以便后续的快速

8、利用。根据现场交通测查，采用计数器记录各种车(2)数