[00385402]公路桥梁车辆荷载和结构安全监控关键技术

近年来中国每年发生多起由车辆超载引发的桥梁垮塌事故，造成巨大经济损失和人员伤亡，社会反响强烈。车辆超载已成为桥梁结构破损和垮塌的最大人为因素。准确监测超载车辆和桥梁结构响应并进行及时预警和管控是减少此类事故发生、降低损失的关键，也是整个行业面临的难题。 为此，项目组在国家和湖南省自科基金等20余个项目的资助下，经12年科研攻关，完成了理论创新，研发了成套技术和设备，解决了从理论到应用全链条技术难题，为中国公路桥梁安全运营提供了技术保障，取得如下创新成果： 1.发明了基于桥梁响应的车轴监测和车辆动态称重新技术。建立了等效剪力理论，并发明了新型非接触式车轴监测方法；提出了虚拟简支梁理论，并研发了新型桥梁动态称重技术；开发了结合机器视觉和动态称重技术的全桥面车辆荷载监测系统。解决了桥梁动态称重技术适用桥型有限、稳定性差、推广应用难的共性问题，填补了国际上全桥面车辆荷载监测的技术空白，实现了车辆荷载的实时准确监测(总重误差≤4%，国外技术≤7%)。大大提高了车辆荷载监测水平和超载车辆的预警和管控能力。 2.研发了桥梁结构应变和位移实时监测新技术。发明了阵列式光纤光栅应变传感器，将国内外同类技术测量精度从1微应变级提高到0.1微应变级。研发了基于网络RTK数据采集模式和多模式自适应滤波降噪算法的动位移测量技术，将基于卫星定位系统的动位移监测技术精度从厘米级提高至毫米级；提出了基于加速度信号实时递归积分的动位移测量方法，将国内外同类技术精度从0.1毫米级提高到0.01毫米级。满足了不同场合对桥梁响应监测技术的需求。 3.创建了集成的车辆荷载和桥梁结构安全监测、预瞀和管控系统。提出了基于实际目标需求的桥梁监测系统设计理论方法，填补了国内桥梁健康监测系统设计理论方法的空白；研发了集成度高、功耗低、稳定性好的桥梁动态称重设备和桥梁结构响应监测装置；创建了基于北斗卫星定位系统的可实现多源数据融合共享的桥梁安全监测、预警和管理平台。实现了公路桥梁车辆荷载和桥梁结构安全的实时监测、预警和统一管控。 授权发明专利31项、实用新型专利35项、软件著作权14项，发表SCI/EI论文62/71篇，出版专著1部，主编技术规程1部，参编行业标准1部。成果已应用于10余个省的70余座桥梁上，大大提高了超载车辆监控能力和沿线交通运输效率，保障了桥梁运营安全，显著降低了基础设施管养费用。近三年新增销售额3.3亿元，产生直接利润5870万元、间接经济效益18.7亿元。研究成果力推了新兴技术产业在湖南的孵化，提升了湖南智能交通产业在全国的影响。 国际权威专家评价该项目研发的桥梁动态称重技术相比其他同类技术在耐久性、经济性和使用性等方面有显著的优势。研究成果被评价委员会一致认为：“总体上达到国际先进水平，其中车辆荷载监测技术和基于北斗卫星的动位移监测技术达到国际领先水平”。