基于动态称重系统的安庆长江大桥车辆荷载监测及分析

胡学玲，汪名玉

（安徽安庆长江公路大桥有限责任公司，安徽 安庆 230008）

车辆荷载是运营期桥梁的主要荷载之一，车辆超载则是桥梁结构发生损伤的主要原因。近些年随着经济的高速发展，运输车辆尤其是大型重型运输车辆的增多，公路超载现象日益严重。目前，英国、美国和日本等国的桥梁设计规范都基于交通调查，给出了疲劳设计荷载谱或疲劳车辆荷载模型［1-3］。我国处于经济高速发展时期，具有交通量大，超重车辆比例高等特点［4］，结合我国实际情况，进行重要干线上的车辆荷载监测和评估，具有重要的工程意义和指导作用。

本文通过动态称重系统监测数据对安庆长江大桥的车辆荷载状况进行评估分析，以进一步指导桥梁的养护管理决策，保证桥梁的健康运行。

1 概述

安庆长江公路大桥全长5 985.66 m，主桥为5跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主跨长510 m。大桥全线按双向4车道、高速公路标准设计，设计时速为100 km/h。为了实时监测桥上各车道的通行车辆荷载，评估桥梁状况，并指导桥梁常规性检查与管养，考虑安装动态称重系统，但由于安庆大桥主桥为钢箱梁，没法安装动态称重系统，只能将系统安装在大桥南北引桥两端入口处。

动态称重系统是安庆长江公路大桥结构健康监测系统中的一部分，其主要功能是实时监测大桥中跨位置的车辆载荷与交通流数据。健康监测的数据分析主要是车辆荷载对主桥的影响，由于各个车辆的车速不一样，在引桥上所测的车辆组合到主桥时组合就不一样，为此，在大桥上南北两塔再分别安装高清摄像机，对行驶至大桥接近中跨位置的车辆进行二次抓拍。大桥南北两塔高清摄像机分别将采集到的车辆数据通过现有光缆实时传送给管理中心的健康监测系统管理软件。安庆长江大桥结构健康监测系统软件通过访问监测系统后台数据库，以车辆的车牌号码作为唯一匹配标识，重新确定每辆车行驶至大桥接近中跨位置的日期、时间和车道。通过这种间接方式即可实时获得大桥中跨位置的车辆载荷与交通流数据。

2 基于健康监测和动态称重系统的桥梁结构评估分析

结构健康监测系统是通过测量反映大桥关键部件的环境激励和结构响应状态的相关信息，实时监测大桥的工作性能和评价大桥的工作条件，以保证大桥的安全运营及为大桥的养护维修提供科学依据。安庆长江大桥结构健康监测系统中，GPS实时监测大桥的几何线形及其变化，研究索塔与主梁挠度变化与环境变化的关系，为大桥工作状态动态显示及结构健康评估提供帮助。

安庆大桥在南北塔顶和主跨跨中上下游各布置了一个GPS测点，图1为2014-10-01全天安庆大桥主跨上游侧跨中竖向位移趋势。从图中可以看出，在这一天内跨中竖向变形变化在0.1 m左右。其中在16∶00~20∶00期间，跨中竖向变形变化很大。为了分析影响主跨竖向挠度大变化的主要原因，选取14∶00~18∶00期间（从一个较稳定的过程到一个变化较大的过程）主梁竖向变形和各环境因素（风、温度、交通荷载等）数据，做进一步分析，其中风、温度等环境信息可以由健康监测系统获得。

图1 2014-10-01主跨跨中竖向位移

图2 为通过风速仪获得的主跨跨中上游侧风速情况，14∶00~18∶00风速较小，实时风速在5 m/s以内（2~3级风），风对跨中竖向变形的影响可以忽略。图3为通过空气温湿度计获得的主跨跨中上游大气温度，在该期间温度呈现先升高后稳定的变化趋势，变化范围在3 ℃以内，相比较一天的温度变化量较小，温度对跨中竖向变形的影响较小。

图2 风速变化趋势

图3 大气温度变化趋势

为了进一步研究影响跨中竖向位移的主要因素，结合动态称重系统（如车轴信息、车重、车速等）建立大桥主跨车辆荷载识别算法，实时反映任意时刻主跨车辆分布状况。图4为14∶00~18∶00跨中竖向位移最大和最小点对应时刻（分别对应16:08:06和14:10:44）主跨车辆荷载分布示意图。由图4（a）、（b）可以看出，无论是在车的数量上还是总轴重上16∶08∶06时刻的数据都远远超过14∶10∶44时刻的数据。因此可以得出车辆荷载是导致在桥梁主跨跨中发生位移变化的主要原因。

图4 安庆大桥主桥车辆实时分布示意图

3 结论

本文综合应用动态称重系统和健康监测系统，对桥梁结构进行评估，对导致桥梁跨中挠度变化的原因进行分析。研究结果表明，在14∶00~18∶00期间风速、温度对桥梁竖向跨中挠度的影响较小，通行车辆荷载是造成竖向跨中挠度变化的主要原因；应加强对超重车辆的管理，减少车辆荷载对桥梁的疲劳损伤。

［1］BS 5400英国桥梁规范［S］.

［2］美国各州公路和运输工作者协会.美国公路桥梁设计规范［M］.辛济平，万国朝，张文译.北京：人民交通出版社，1997.

［3］ 陈惟珍，刘兆吉，杨光.我国公路钢桥抗疲劳设计规范亟待更新［J］.桥梁建设，2006（5）：53-55.

［4］ 孙守旺，孙利民.基于实测的公路桥梁车辆荷载统计模型［J］.同济大学学报，2012，40（2）：198-204．