路面移动载荷识别算法的研究

【摘要】： 近年来,我国道路运输车辆超限超载现象极为普遍。车辆超限超载运输对交通安全、运输市场、车辆生产秩序及路桥基础设施造成了极大危害。重载车辆行车荷载已经成为了高速公路路面破坏的一个重要原因。 传统上车辆的称重系统主要分为安装在路面上的静态秤台和桥动态称重系统。路面上的静态秤台需要车辆以较低车速通过且检测精度不高、易造成漏检。因此,车辆轮载的动态测量和定量分析对汽车动力学性能和道路路面损坏机理研究具有重要的理论和工程意义。为了评估车辆动态载荷对路面以及桥梁的破坏作用,测量动态车载状态和大小(幅度)是非常重要和必要的。 已知荷载激励求结构的位移、应力和应变响应属于结构分析的正问题。通过实测结构在动力荷载作用下的响应,反求荷载激励,是结构分析的反问题。载荷识别技术就是根据已知系统的动态特性和实测的动力响应反算结构所受的动态激励。准确识别路面移动载荷是确保公路路面结构可靠性与安全性的重要保证。随着我国公路建设的飞速发展,对路面移动载荷识别开展研究的呼声日高。 目前,利用高速公路结构本身进行移动荷载识别在国内外还没有相关的文献报道。本文对此展开基础性的研究,通过测量移动车载下刚性路面结构的响应,利用结构反演技术实现对路面移动荷载的识别。 本文首先建立了路面-车辆接触模型,采用变换域分析的方法得到板的结构特性和所受载荷及其响应的关系。基于这些特性,由简支矩形板上的空间挠度响应识别出载荷。进而,利用实测数据,根据系统辨识的思想建立状态空间模型,采用此模型对未知载荷的应变响应进行计算,得到其载荷值,从而实现了高速公路移动荷载的识别。 本文主要就以下几个方面进行了研究: 1.由板的挠曲振动方程出发,研究无限大黏弹性地基板在移动荷载下的动态响应。 2.进一步研究移动载荷下简支矩形板的动态挠度响应,进而由板的空间挠度响应曲线识别载荷。 3.基于系统辨识的思想解决由传感器实测的二维应变响应信号进行移动载荷识别。