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移动荷载作用下桥梁的动力学正反问题研究
| 论文题名： | 移动荷载作用下桥梁的动力学正反问题研究 |
| 关键词： | 移动荷载;扩展卡尔曼滤波;信息融合;桥梁结构;动力响应 |
| 摘要： | 桥梁作为交通运输工程中的关键枢纽，移动荷载作用下的振动问题一直以来都是学者们关注的重点。其中一方面主要是分析桥梁受移动荷载作用下的动力响应，它对桥梁设计、行车舒适性评价、使用安全性评估有着重要的理论价值。另一方面基于移动荷载作用下的桥梁振动响应，对桥梁结构损伤及未知移动荷载进行识别，将更有利于桥梁系统的实时健康监测、损伤诊断与评估，具有实际工程应用价值与意义。本文针对移动荷载作用下桥梁动力响应的求解（即动力学正问题）及桥梁结构损伤和移动荷载的同步识别（即动力学反问题）进行了分析，主要研究工作具体包括： （1）针对一般梁桥在移动力作用下的竖向动力响应分析，提出了一种基于有限元模型的半解析方法。本方法不依赖于有限元单元类型或形函数，直接由模态分析得到的离散振型出发；基于信号采样定理，提出了一种结构连续振型的恢复方法；进而推导了一般梁桥竖向动力响应的封闭解。利用等截面简支梁的理论解验证了本方法的准确性，进而以三跨加腋连续梁桥为代表，利用半解析表达式，讨论了移动力作用下的振动规律。重点分析了荷载移动速度、桥梁损伤对结构竖向动力响应的影响，同时还阐明了荷载移动速度变化引起结构共振的机理，并给出了跨中挠度极值对应的荷载临界速度计算公式。 （2）针对同时存在未知结构损伤和未知移动荷载激励的情况，利用移动力作用下梁桥结构的强迫振动响应，基于联邦扩展卡尔曼滤波（FEKF）算法，提出了移动力和梁桥结构损伤的同步识别方法；并结合 l1范数正则化改善了此反问题求解过程的不适定性。通过简支梁的数值算例分析表明，提出的算法能够准确地完成损伤和移动力的同步识别，且具有良好的鲁棒性。 （3）针对考虑多次测量信息融合的结构损伤识别，提出基于l1范数正则化的联邦扩展卡尔曼滤波算法来解决。当测点信息不完整，通过改变传感器在结构上的测量位置，获取不同测点布置下的多组测量数据；并将各组不同的测量信息各自构成FEKF框架里的不同子系统，仅融合公有变量已得到结构损伤的最优估计。采用自由振动下的简支梁和二维框架结构，初步验证了该方法的有效性。此方法还可继续推广到桥梁受移动荷载作用的情况。 |
| 作者： | 王路丹 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 张纯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南昌大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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