一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法与流程

本技术涉及智能桥梁监测，特别涉及一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法。

背景技术：

1、在我国的公路桥梁中，中小跨径桥梁数量可占桥梁总数的90％以上，具有数量大、造价低、病害多的特点，且随着服役年限的增多，材料老化、荷载增大等原因造成的影响日趋明显，众多中小跨径桥梁的可靠度逐步降低。因此，为促进中小跨径桥梁的轻量化、标准化、智能化，采用超高性能混凝土与新型的监测方法，需提供一种新型的高性能智能桥梁结构。

2、超高性能混凝土，简称uhpc(ultra-high performance concrete)是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，通过uhpc代替普通混凝土结构，可以避免普通混凝土桥面板易开裂、寿命短的现象，还可减少桥面板混凝土用量，降低结构自重。同时uhpc结构可应用于桥梁各构件中，形成多种具有高性能的桥梁构件。

3、结构桥梁的健康是现在交通主要问题之一，针对总量较多的中小跨径桥梁，现有的监测设备功能单一，只能对某一方面进行监测，监测不全面，且各项监测设备安装繁琐，难以使用和推广。如何通过将智能监测设备预埋进超高性能混凝土主梁与高性能伸缩缝中，提高监测设备的寿命与监测功能，成为需要解决的诸多问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法，以解决相关技术中中小跨径桥梁难以智能监测的问题。

2、本技术实施例第一方面提供了一种高性能智能桥梁结构，包括：

3、桥梁本体，所述桥梁本体包括uhpc主梁，所述uhpc主梁内设有若干纵向受力钢筋；

4、预埋监测设备，所述预埋监测设备包括布置在纵向受力钢筋上的若干应变传感器，若干所述应变传感器通过分布式光纤连接至桥梁采集箱中；

5、外部监测设备，所述外部监测设备包括监测桥面车辆信息的摄像机，所述摄像机通过有线集中连接至桥梁采集箱中；

6、主机，所述主机与桥梁采集箱连接，并识别记录车辆在桥面中的相应位置，同时提取相应时刻uhpc主梁上应变传感器的监测数据并记录，比对监测数据与修正的桥梁理论分析结果，反推出车辆载重信息。

7、在一些实施例中：所述纵向受力钢筋上布置多个应变传感器，多个所述应变传感器沿纵向受力钢筋的长度方向等间距设置，所述分布式光纤粘结于纵向受力钢筋上，所述应变传感器和分布式光纤外表面涂环氧树脂进行保护。

8、在一些实施例中：所述uhpc主梁中若干纵向受力钢筋中选取2-4根纵向受力钢筋上布设应变传感器，各根纵向受力钢筋上的应变传感器沿纵桥向分布在纵向受力钢筋长度l的l/4、l/2和3l/4处；

9、所述分布式光纤设有多根，多根所述分布式光纤粘结与未布设所述应变传感器的纵向受力钢筋上，所述分布式光纤伸出于uhpc主梁的端部。

10、在一些实施例中：所述uhpc主梁为空心板、t梁、工字梁与小箱梁中的任意一种。

11、在一些实施例中：还包括uhpc主梁与桥台基础或位于相邻的两个uhpc主梁之间的高性能伸缩缝，所述高性能伸缩缝与uhpc主梁通过预埋螺栓连接，高性能伸缩缝内设有测量高性能伸缩缝伸缩长度的位移传感器，所述位移传感器预埋进高性能伸缩缝后浇uhpc中，且通过数据传输线连接至桥梁采集箱中。

12、在一些实施例中：所述位移传感器为磁致伸缩位移传感器，所述位移传感器设有多个，多个所述位移传感器沿横桥向依次等间距设置。

13、在一些实施例中：所述外部监测设备还包括温度传感器和桥面限高传感器，所述温度传感器和桥面限高传感器通过有线连接至桥梁采集箱中，所述桥梁采集箱连接有服务器，所述服务器将桥梁采集箱的接收信息无线发送至主机。

14、在一些实施例中：所述摄像机设有2-4个，并依次沿桥梁主体的纵桥向依次间隔排列。

15、在一些实施例中：所述主机连接有告警器，当所述车辆载重大于主机内预存车辆载重信息阈值时向告警器发出告警信息。

16、本技术实施例第二方面提供了一种高性能智能桥梁结构的智能称重方法，所述方法使用上述任一实施例所述的高性能智能桥梁结构，所述方法包括以下步骤：

17、步骤一：基于新建的高性能智能桥梁结构，进行单辆车辆的车载试验，车重为w1，同时提取试验下的uhpc主梁上应力测点的应力响应σi；

18、根据uhpc主梁纵向布置的n个应力测点可知，应力响应矩阵σi＝[σ1,σ2,…σn]t，每个应力测点响应为车重w1与车辆坐标x的函数，σi＝f试(w1,x)；

19、结合桥梁数值模拟软件，得到有限元模型中的每个应力测点响应σi的函数，σi＝f模(w1,x)，根据数据拟合，得到单辆车的每个应力测点响应σi＝fi(w1,x)，进而得到应力响应矩阵

20、基于已知的应力响应矩阵[σi]与车重w1，可构建出车重关于应力响应的函数，即w1＝fi(σi,x)储存于主机中；

21、步骤二：基于新建的高新能桥梁结构，进行多辆车辆的车载试验，车重分别为w1,w2,…wm，车重矩阵[wj]＝[w1,w2,…wm]t，提取每个应力测点的应力响应σi,j，i表示第i个测点，j表示第j辆车；

22、根据线性叠加原理，可知σi,j为每辆车在所处坐标xj下的应力响应之和，即σi,j＝σi,1+σi,2+…σi,m，σi,1＝f(w1,x1)为第一辆车在第i个测点的应力响应，进而得到主梁应力相应矩阵σi,j＝[σ1,j,σ2,j,…σn,j]t，展开即为

23、

24、同理，进行多辆车的桥梁数值模拟分析，提出修正后的应力测点响应σi,1＝fi(w1,x1)，进而确定了多辆车下的应力响应矩阵

25、

26、基于步骤一中的单辆车下车重关于应力响应的函数w1＝fi(σi,x)，进而得到车重矩阵[wj]＝[w1,w2,…wm]t关于应力响应矩阵[σi]与车辆坐标矩阵[xj]的函数[wj]＝f([σi],[xj])，并储存于主机中；

27、步骤三：基于外部监测设备的摄像头，实时监控桥面车流量与车辆位置信息，通过主机图像识别功能，确定某时刻下车辆数量信息与位置信息，并提取相同时刻下uhpc主梁的各应力测点的应力响应矩阵[σi]到主机的车辆智能称重模块中；

28、步骤四：基于车载试验得到的修正后的数学模型[wj]＝f([σi],[xj])；结合视频监控与图像识别提取的车辆信息，提取出车重矩阵[wj]与坐标矩阵[xj]，其中[wj]为所求，[xj]为已知；

29、同时，结合相应时刻下的预埋监测设备各应力传感器数据，即应力相应矩阵[σi]；在此基础上，计算出车重矩阵[wj]。

30、本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：

31、本技术实施例提供了一种高性能智能桥梁结构及智能称重方法，由于本技术的高性能智能桥梁结构设置了桥梁本体，该桥梁本体包括uhpc主梁，在uhpc主梁内设有若干纵向受力钢筋；预埋监测设备，该预埋监测设备包括布置在纵向受力钢筋上的若干应变传感器，若干应变传感器通过分布式光纤连接至桥梁采集箱中；外部监测设备，该外部监测设备包括监测桥面车辆信息的摄像机，摄像机通过有线集中连接至桥梁采集箱中；主机，该主机与桥梁采集箱连接，并识别记录车辆在桥面中的相应位置，同时提取相应时刻uhpc主梁上应变传感器的监测数据并记录，比对监测数据与修正的桥梁理论分析结果，反推出车辆载重信息。

32、因此，本技术的高性能智能桥梁结构在uhpc主梁与预埋监测设备形成一个整体结构，可有效解决应变传感器难以布置和易损坏的问题，同时基于uhpc高强度、高韧性、高耐久性的优点，实现全寿命周期下的uhpc主梁受力及变形智能监控和车流量监控。所有监测数据可通过有线传输至主机，在主机上实现监测数据的处理与报警功能，同时结合桥梁的理论分析结果，形成新型的桥梁称重系统。综上，本高性能智能桥梁结构具备高强、轻质、高韧、高耐久的特点，同时具备智能程度高、监测范围广的优点，在中小跨径桥梁结构中具有广阔的应用前景。