桥梁移动荷载L1正则化识别

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随着在役桥梁结构安全性问题的凸显,针对桥梁结构健康监测和状态评估的研究越来越受到人们的重视。移动荷载识别作为桥梁结构的健康监测和状态评估研究的主要内容之一,对桥梁的运营、保养、维修加固和设计等都有着重要的意义。传统的荷载识别方法是通过称重技术直接获得桥上的移动车重,但是由于传感器技术和成本等因素的影响难以推广。本文针对以上情况,结合动态荷载识别时域法和正则化方法,对桥上移动荷载的间接识别进行了相关研究。主要研究内容如下:(1)建立移动荷载在时域内的识别方程,使用L1正则化方法进行求解,并进行数值仿真验证。本文基于桥梁线性系统,在经过车-桥模型简化地基础上,建立了移动荷载的最小二乘法识别方程。在求解系统方程的问题上,考虑到解的不适定性,选用L1正则化方法进行优化处理。验证结果表明,通过L1正则化可以对荷载识别结果进行压缩得到稀疏解,并且所得稀疏解能够准确反演移动荷载。(2)通过数值仿真计算比较考虑荷载识别研究中桥梁初始条件的影响。由于在移动荷载作用之前桥梁并不一定处于静止状态,本文引入初始条件的模态空间表示方法构建荷载识别的新方程。在此基础上,通过数值仿真比较考虑和不考虑初始条件影响下传统方法识别移动荷载的识别结果。结果表明,不考虑初始条件时传统方法能够较好地识别移动荷载,但是在考虑初始条件下的识别误差较大,即在移动荷载识别问题的研究中不能忽略初始条件的影响。(3)提出了一种考虑了初始条件的移动荷载L1正则化识别方法,并进行数值仿真验证。首先将初始条件进行模态空间表示,构建考虑初始条件的荷载识别方程。面对新系统矩阵存在的问题,基于平均思想对新的系统矩阵进行处理。结合L1正则化理论,提出荷载识别的新方法。验证结果表明,所提方法能够较好的处理系统矩阵矩阵列向量之间存在的数值差异,并且相较于传统的正则化方法,该方法对未知初始条件下的桥梁移动荷载识别的效果更好。(4)考虑到荷载识别问题的复杂性,通过数值仿真和实验室验证对所提方法识别能力进行研究。通过数值仿真,研究所提方法在不同初始条件和不同的移动荷载轴重、速度下的荷载识别能力,研究不同采用频率、测点组合等其他因素的影响。并在实验室建立单跨简支实心铝合金梁桥模型,开展了静态加载实验、模态实验和小球实验,其中小球实验就是针对所提方法有效性验证的主实验。试验结果表明,通过所提的方法能够准确识别实验室桥梁上的移动小球,具有良好的现实适应性。
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