过去几十年来,我国公路车辆数量、载重量和货运周转量都经历了长期的快速增长,真实的荷载特性已经发生了巨大的变化。准确快速识别过往车辆的重量、轴距等信息,对于获取用于桥梁结构设计和安全评估的准确车辆荷载模型具有重要的意义,同时在管控超载车辆从而减少由此引起的桥梁损伤甚至失效事故等方面也可以起到重要的作用。桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion,BWIM)是一种利用桥梁响应反算过往车辆重量的技术,具有测量精度高、待测车辆无需停车或减速、系统安装维护方便、不中断交通、对路面无破坏等优点,是一种具有重要潜力的监测道路交通荷载的手段。然而除了称重传感器自身以外,还需要额外的车轴检测辅助系统这一特点降低了既有BWIM系统的实用性,且目前BWIM系统仍然存在着仅适用有限桥梁类型、跨径的问题亟待解决。本文针对BWIM研究中的车轴识别问题和称重算法问题进行了深入的研究,提出了一系列用于识别车辆速度、车轴位置、轴距、轴重和总重识别的理论和方法,包括虚拟简支梁理论、等效剪力理论、虚拟车轴概念,无需路面传感器的识别桥上高速行驶车辆的速度和轴距的虚拟简支梁法、等效剪力法,无需车轴探测器的同时识别车轴位置和重量的虚拟车轴法、改进的k-means聚类法、基于梯度法的用于车辆动态称重的VCG(Virtual axle&Clustering&Gradient method)法等。为研究所提出的方法的精度和可靠性,建立了精细的车辆和桥梁三维有限元模型、编写了数值仿真程序,搭建了高仿真的车桥耦合振动实验室缩尺模型试验平台,利用开发的车桥耦合数值模拟系统和模型试验对所提出的方法进行了验证和系统性的参数分析,考察了提出的一系列方法在不同车辆模型、不同横向加载位置、不同行驶速度、不同路面平整度、不同噪声水平、是否多车行驶等应用工况下的识别精度、效率和可靠度。研究发现所提出的方法可以准确、高效地识别出车辆的速度、轴距、轴重和总重等关键车辆荷载信息,并且在复杂工况下也具有良好的表现。保障公路桥梁安全,促进交通物流和贸易发展是国家和社会稳定、经济可持续发展的重要基础之一。本文研究成果拓宽了BWIM技术适用的桥梁类型和跨径范围,提高了BWIM技术的实用性,有望在交通车流荷载的准确统计、超载车辆的高效监测与管控等公路桥梁安全运营相关的领域发挥积极的作用。