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基于虚拟简支梁法的桥梁动态称重研究
| 论文题名： | 基于虚拟简支梁法的桥梁动态称重研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;动态称重;虚拟简支梁;Moses算法 |
| 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。 |
| 作者： | 施海 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 邓露 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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