现有规范的车辆荷载一般适用于新桥设计，对于精度要求较高的既有桥梁承载力评估和疲劳损伤评估，需在调查分析的基础上，建立实际运行车辆荷载模型。实际车辆荷载的大小和交通量、车重、车流密度、车辆空间分布等参数有关，需要通过先进的仪器设备获得高速行驶车辆的重量、速度等参数，于是近年来车辆动态称重系统应运而生，在公路养护行业得到越来越多的应用。

１．动态称重系统简介

1.1系统组成

车辆动态称重系统主要部件有轴重轴速仪、视频摄像机、数据服务器等。

1.2轴重轴速仪

轴重轴速仪是动态称重系统的主要组成部分。轴重轴速仪还可以细分为控制主机、称重传感器、地感线圈车检器及温度传感器等组成部分。

控制主机与道路上的称重、温度、地感线圈等传感器连接并获取轴重、轴数、轴间距等23个参数。轴重轴速仪常用的称重传感器类型有弯板式、压电石英式和压电薄膜式3种。相比较而言，压电薄膜式传感器具有路面破坏程度小、测速及测重误差小、灵敏度高、施工简单等优点。

1.3数据服务器

称重系统运行时，轴重轴速仪将采集的车辆数据首先实时存储在现场的控制主机中，然后传输至具有数据存储管理和挖掘分析功能的数据服务器上。该数据服务器可以采用实体服务器搭建，也可以选择云服务器。数据服务器主要用于实现：①接收存储轴重轴速仪检测到的车辆总重、轴重、轴数等实时数据并展示出来；②将轴重轴速仪时间与服务器时间同步，将视频的时间与轴重仪的时间同步；③交通流量视频的记录及保存。

2.动态称重系统工作原理

动态称重系统的关键技术是度量车轴重量，是通过埋设在路面中的称重传感器实现的。称重传感器能够将作用其上的车辆轮轴压力转换为电压信号，通过电压信号分析可以计算车轴作用时间，通过电压的大小计算出相应车轴重量。称重系统常在同一车道间隔一定距离布设两根称重传感器来得到轴重和轴速。具体工作原理为：同一车道2条称重传感器相距L，同一车轴经过2条传感器的时间分别为t1、t2，两个传感器分别测得的轴重量为w1、w2，则可根据式（1）、式（2）分别计算得出轴重和轴速。

除了度量车轴重量，动态称重系统还有一项较为关键的技术是区分跟随车辆。当车辆通过地感线圈感应区域时，地感应线圈的感应值发生改变，引起控制主机内部感应探测器振动频率的变化，主机通过频率变化判定是否有车辆通过地感线圈。通过金属底盘激活地感应线圈的时间结合车速即可计算得出车辆底盘长度。感应信号也用来区别前车及后车。

3.锡澄运河大桥动态称重系统安装

3.1系统安装流程

根据需求确定锡澄运河大桥动态称重系统建设规格为双向6车道。然后根据现场情况综合考虑路面完好状况、路面纵坡及供电设施等因素，做好系统安装地点的选址工作。确定安装地点后制定系统传感器布置方案。单方向3车道约需要两天时间完成路面传感器安装工作。第1天完成车道的切槽和清理，第2天完成槽体的清洗和传感器安装。

3.2系统安装对既有路面的影响

系统安装对道路状况、行车舒适性以及行车安全等的影响是道路管养单位需要关注的重点。其实，采用压电薄膜传感器的动态称重系统与高速公路收费站常见的静态称重系统存在很大差异。动态称重系统在安装传感器时虽然也需要在路面切槽，但尺寸较小。传感器槽宽2cm、深2cm，感应线圈槽深4cm，宽仅0.5cm，且传感器埋设后会采用沥青混凝土路面专用的灌注胶对槽口进行封闭填充，该胶具有很好的粘结性能和力学强度，对路面平整度和力学性能几乎没有影响。因此，系统安装对既有路面以及行车安全的影响基本可以忽略。

3.3系统检查与维护

系统使用期间的运维工作影响其长期运行可靠性和稳定性，因此需要通过外观检查来判断系统技术状况。常见的检查与维护内容有填缝胶、路面、采集机箱、电线束、地感线圈、称重传感等。

4.动态称重系统应用

锡澄运河大桥动态称重系统位于江苏沿江高速公路江阴段，系统位于西侧桥头附近，交通量较大。系统运行至今采集了大量车辆数据，通过对交通量、车辆荷载、超载情况等指标的统计分析，为道路桥梁管养等工作发挥了重要的作用。

4.1交通量统计分析

系统累计正常运行天数为300天，数据总量约1025万辆，日均交通量约3.4万辆。据统计，锡澄运河大桥的日均车辆数大体呈现下行略多于上行，且全年车流量起伏不大，2月份上行车流量较大，总体较为平稳，无明显增大趋势。

4.2车型统计分析

在车型分布方面，车辆以二轴车和六轴车为主，各约占70%和15%，其他车型所占的比例约15%。根据2016年1—12月六轴车在总车流量中所占比例的变化趋势，全年六轴车所占比例有明显增大趋势。

4.3超载情况统计分析

依据《整治公路货车违法超限超载行为专项行动方案》（公交路发[2016]124号）的要求进行超载情况的统计分析。为了量化实际车流的超重程度，引入超载率和超载比例两个指标，计算公式是：

各车型中六轴车的超载比例最大，上行超载比例接近11%，下行接近15%，其他车型超载比例均较小。桥梁下行的超载比例大于上行，但两个方向车辆的超载率相差不大。

4.4车辆荷载统计分析

车辆荷载的统计分析主要是统计分析了车辆总重在各区间的分布情况，结果表明：①车辆总重的概率密度分布主要呈现三峰分布特征，即在2t、15t、35t附近分布的车辆较多；②上下行车重分布存在明显差异，上行在50~70t范围内的重车比例大于下行；③各车道车重分布同样存在明显差异，行车道内车辆的重车比例相比于超车道明显较大。

5.结论

（1）采用压电薄膜传感器为称重传感器的动态称重系统具有收费站静态称重系统所不能比拟的优势，值得在高速公路网中推广使用。

（2）为了发挥动态称重系统的价值，除了要保证安装质量外，还应在日常使用中给予充分的维护保养。

（3）动态称重系统在高速公路养护领域具有较高的应用价值，能够为道路营运、桥梁精准管养提供坚实的决策依据。

（4）锡澄运河大桥各车道及两个方向的荷载都存在一定差异，对于桥梁和路面养护来说可以采取差异化对待，以期降低全寿命周期成本，并提高养护效率。

作者：李 宁（江苏沿江高速公路有限公司）

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第23期

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