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基于时间序列模型的拱桥损伤识别研究
| 论文题名： | 基于时间序列模型的拱桥损伤识别研究 |
| 关键词： | 拱桥;时间序列;损伤识别;Kalman滤波;GARCH;抛物线拱 |
| 摘要： | 拱桥一直是我国公路交通事业发展的重要桥型，近年来山区高速铁路对于大刚度桥梁需求激增，拱桥以其承载能力强、刚度大、建造成本低等特点成为了山区桥梁的首选。但长期荷载作用和复杂的山区环境对拱桥的正常服役状态构成巨大威胁，为及时感知山区拱桥健康状态、适时评估拱桥的安全状况，开展拱桥损伤识别研究显得尤为迫切和意义重大。本文在综述国内外损伤识别方法和基于时间序列模型的损伤识别研究的基础上，将时间序列分析方法引入到拱桥损伤识别研究中。基于线性时间序列模型和非线性时间序列模型的理论基础，通过理论推导开展了结构振动系统和时间序列模型的相关性研究，提出了基于Kalman-GARCH模型的拱桥损伤识别方法。在此基础上开展了模型拱损伤试验研究，最终基于试验数据验证了损伤识别方法的有效性和可行性。主要研究工作及成果如下: 1.针对时间序列模型损伤识别方法，开展了线性和非线性时间序列模型的基础理论研究，通过建立不同坐标系下的圆弧拱和抛物线拱的平面挠曲方程和固有振动方程，明晰了结构损伤与结构振动系统之间的关系;通过理论推导揭示了结构振动系统和时间序列模型的内在联系，提取了基于模型残差序列的方差比作为结构损伤特征因子;提出了一种融合Kalman滤波与广义自回归条件异方差(GARCH)模型的结构损伤识别方法。 2.针对实际拱桥的服役状态，通过配重模型拱的加载方式和电化学加速锈蚀损伤的方法，开展了荷载和环境耦合作用下的模型拱试验研究，并通过模型拱加载获取了不同工况、不同位置的加速度时程响应数据。试验结果表明，配重下的试验拱受力状态和应力水平更为接近于拱桥实际服役状态，分节段多层包裹的锈蚀加方法可以较好的模拟自然环境下拱桥损伤状态。 3.基于模型拱试验数据，开展了基于Kalman-GARCH模型的拱结构损伤识别研究，在对时程数据降噪的基础上建立了线性时间序列模型，并引入了非线性时间序列模型;剖析了不同工况下的损伤特征因子和实际损伤程度的关系，构建了基于时间序列模型识别不同损伤的计算公式，验证了识别方法的有效性和可行性;通过对比分析线性和非线性时间序列模型的损伤识别效果，揭示了非线性时间序列模型应用于复杂结构损伤识别的优越性。 |
| 作者： | 李晓庆 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 周建庭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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