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基于车桥耦合效应的高铁桥梁状态监测方法
| 论文题名： | 基于车桥耦合效应的高铁桥梁状态监测方法 |
| 关键词： | 高铁桥梁;状态监测;车桥耦合;递归贝叶斯卡尔曼滤波;轨道不平顺 |
| 摘要： | 如何有效监测和评估高速铁路车辆和桥梁的运行状态，直接关系到轨道交通运输的安全和效率。轨道不平顺可以为评估列车运行安全性和乘坐舒适性提供直接依据，而桥梁的固有频率可以为结构安全评估提供基本信息，此外，准确的车辆重量信息对铁路基础设施的评估和维护也具有重要的价值。桥梁频率、轨道不平顺、车辆的质量参数都是铁路桥梁状态监测的重点内容。然而，现有方法几乎都忽略了车桥耦合效应，以及频率和轨道不平顺对观测响应的耦联影响，导致监测结果产生了较大的误差。另一方面，由于观测噪声、过程噪声及系统参数不确定，实际监测结果不可避免的引入了不确定性，在工程实践中，评估参数估计结果的不确定性也很重要。因此，本文开展了基于车桥耦合效应的高铁桥梁状态监测方法研究，可实现高铁桥梁状态的实时和精准监测，并对监测结果的不确定性进行量化。本文主要的研究内容包括如下几个方面： （1）基于随机动力学原理建立了车-桥竖向耦合动力学模型及其随机运动方程。以四轴客车为车辆模型，将简支梁假设为欧拉梁，采用振型叠加法对桥梁进行建模，根据车桥约束方程实现车辆系统和桥梁系统的耦合。建立的车桥耦合振动系统具有时变性和随机性，是构建车桥系统非线性状态空间模型的基础。 （2）考虑到观测噪声的影响，基于递归贝叶斯卡尔曼滤波提出了桥梁状态（频率和轨道不平顺）的监测方法，同时估计桥梁频率和轨道不平顺，并量化估计的不确定性。 （3）进一步考虑系统参数的不确定性，利用sigma点粒子模拟参数不确定性的随机特性，从而提出了考虑参数不确定性影响的桥梁状态统计特性的估计新方法，并分析了不同车桥参数的不确定性对估计的影响。 （4）考虑到列车载重信息对桥梁状态的长期影响，进一步提出了基于车桥耦合效应的高速桥梁动态称重新算法。该算法可利用“仪表化桥梁”的动态响应实时监测车辆载重信息，同时识别铁路桥梁货运车辆的车体质量和偏载距离这两个质量参数，并量化识别结果的不确定性，为桥梁状态的长期评估提供数据支撑。 |
| 作者： | 徐潇宇 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 肖祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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