一種橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法，包括以下步驟：(1)在橋面布置光柵、應(yīng)變和加速度傳感器，獲得移動車輛的行駛速度以及橋梁在移動車輛載荷作用下的動態(tài)應(yīng)變和加速度響應(yīng)；(2)對橋梁結(jié)構(gòu)建立準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)有限元模型，并進(jìn)行模型縮聚，使得縮聚后橋梁模型的自由度與動態(tài)應(yīng)變信號測量部位匹配；(3)基于實(shí)測動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)樣本，利用KL分解技術(shù)獲取橋梁隨機(jī)動位移、速度和加速度的確定性成份；(4)采用直接求逆法和洪吉諾夫正則化方法識別橋面隨機(jī)移動車輛載荷的確定性成份；(5)獲得隨機(jī)移動車輛載荷的統(tǒng)計(jì)特性：平均時間歷程以及方差。
【專利說明】一種橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隨機(jī)動載荷識別【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于KL分解技術(shù)的橋面移動車 輛載荷的隨機(jī)識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 移動車輛載荷是橋梁受到的主要載荷形式之一，準(zhǔn)確獲取行駛車輛對橋梁的載荷 信息對橋梁結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測和狀態(tài)評估非常重要。傳統(tǒng)的停車稱重的方法費(fèi)時費(fèi)力，且只 能獲取車輛軸重信息；移動稱重系統(tǒng)能夠在車輛經(jīng)過時獲取車輛的當(dāng)量軸載信息，提高了 稱重效率，但只能獲得當(dāng)量靜軸載。研究表明，相同車輛的動載荷對橋梁的破壞能達(dá)到靜軸 載的2?4倍，因此發(fā)展高效地獲取車輛動載荷信息的方法具有較大的價值。
[0003] 車輛作用于橋面的動載荷也可以定義為車輪與橋面的接觸載荷。由于接觸處難以 布置傳感器，且接觸載荷的位置和大小都隨時間變化，無法用直接測量的方式獲取，只能利 用間接識別方法獲得，車輛的移動載荷識別技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。車輛移動載荷識別技術(shù)是 在假設(shè)橋梁系統(tǒng)參數(shù)已知的情況下，基于橋梁動力學(xué)方程，利用實(shí)測橋面動響應(yīng)來識別橋 上移動車輛動載荷的技術(shù)。
[0004] 傳統(tǒng)的移動載荷識別技術(shù)是利用單次實(shí)測的橋梁動響應(yīng)數(shù)據(jù)識別引起該次動響 應(yīng)的移動激勵信息，通常不考慮激勵和動響應(yīng)中存在隨機(jī)性，是確定性移動載荷識別方法。 該類方法雖然根據(jù)單次實(shí)測橋梁動響應(yīng)數(shù)據(jù)能較為準(zhǔn)確獲取橋面移動載荷信息，然而僅靠 單次實(shí)測響應(yīng)數(shù)據(jù)識別移動動載荷時，無法考慮考慮激振載荷的隨機(jī)性。事實(shí)上，移動車輪 對橋面的激振力由于路面不平的原因，本身就呈現(xiàn)一定的"隨機(jī)性"，作用于橋梁結(jié)構(gòu)時，橋 梁動響應(yīng)也將隨之呈現(xiàn)"隨機(jī)性"；因此，單次實(shí)測的橋梁動響應(yīng)只能是結(jié)構(gòu)隨機(jī)動響應(yīng)信 息的其中一個樣本，基于某個響應(yīng)樣本利用確定性移動載荷識別方法獲得的動載荷信息也 只能部分反映該隨機(jī)動載荷激勵；另外，單次動響應(yīng)測量中包含的誤差在確定性移動載荷 識別中也被作為"真實(shí)響應(yīng)"的一部分，引起載荷識別結(jié)果的偏差。因此，提出一種橋面移 動車輛載荷的隨機(jī)識別方法能夠更加準(zhǔn)確、合理的獲取橋面上的移動車輛載荷信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種考慮了橋面實(shí)測動響應(yīng)的隨機(jī)性，利用實(shí)測結(jié)構(gòu)動響 應(yīng)樣本集合進(jìn)行識別，識別結(jié)果能更加全面、直觀的描述隨機(jī)動載荷信息，計(jì)算效率更高的 橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法，包括以下步驟：
[0007] (1)在橋面布置光柵、應(yīng)變和加速度傳感器，測量獲得移動車輛載荷的行駛速度以 及橋梁在移動車輛載荷作用下的動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)和加速度響應(yīng)；
[0008] (2)對橋梁結(jié)構(gòu)建立有限元模型，然后進(jìn)行模型縮聚，獲得與實(shí)測動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)信 號對應(yīng)自由度相匹配的縮聚后結(jié)構(gòu)有限元模型及縮聚后移動車輛載荷的位置矩陣H。，所述 縮聚后結(jié)構(gòu)有限元模型包括縮聚后質(zhì)量矩陣M。，縮聚后阻尼矩陣C。和縮聚后剛度矩陣K。；

【權(quán)利要求】
1. 一種橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 在橋面布置光柵、應(yīng)變和加速度傳感器，測量獲得移動車輛載荷的行駛速度以及橋 梁在移動車輛載荷作用下的動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)和加速度響應(yīng)； (2) 對橋梁結(jié)構(gòu)建立有限元模型，然后進(jìn)行模型縮聚，獲得與實(shí)測動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)信號對 應(yīng)自由度相匹配的縮聚后結(jié)構(gòu)有限元模型及縮聚后移動車輛載荷的位置矩陣H。，所述縮聚 后結(jié)構(gòu)有限元模型包括縮聚后質(zhì)量矩陣M。，縮聚后阻尼矩陣C。和縮聚后剛度矩陣K。；
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法，其特征在于，所述步驟 (2) 的具體流程如下： (21) 建立橋梁結(jié)構(gòu)的初始有限元模型； (22) 基于環(huán)境激勵下測量獲得的加速度響應(yīng)信號進(jìn)行運(yùn)行模態(tài)分析，獲得橋梁結(jié)構(gòu)的 模態(tài)數(shù)據(jù)； (23) 利用所述步驟（22)中得到的模態(tài)數(shù)據(jù)，采用基于靈敏度分析的有限元模型修正 方法修正所述（21)建立的初始有限元模型，獲得修正的橋梁有限元模型； (24) 對所述步驟（23)中得到的精確橋梁有限元模型進(jìn)行模型縮聚，獲得與實(shí)測動響 應(yīng)信號對應(yīng)自由度相匹配的橋梁縮聚有限元模型及縮聚后移動車輛載荷的作用位置矩陣 Hc。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋面移動車輛載荷的隨機(jī)識別方法，其特征在于，所述步驟 (3) 的具體流程如下： (31) 將步驟（1)實(shí)測獲得的動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)樣本集轉(zhuǎn)換成動態(tài)位移響應(yīng)樣本集； (32) 計(jì)算所述步驟（31)中得到的動態(tài)位移響應(yīng)樣本集的相關(guān)函數(shù)矩陣，然后對相關(guān) 函數(shù)矩陣進(jìn)行特征值分解，得到橋面隨機(jī)動態(tài)位移的確定性成份; (33) 對所述步驟（32)獲得的橋面隨機(jī)動態(tài)位移的確定性成份分別求一階和兩階 導(dǎo)數(shù)，前者得到橋面測點(diǎn)隨機(jī)速度的確定性成份后者得到橋面測點(diǎn)隨機(jī)加速度的確 定性成份3>(/>。
【文檔編號】G06F17/30GK104090977SQ201410349146
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】吳邵慶, 費(fèi)慶國, 韓曉林 申請人:東南大學(xué)