[發明專利]基于成分平均迭代算法的橋面多軸移動荷載的識別方法

在審

• 申請號: 201710061179.5
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106874584A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 陳震
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01G19/03
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司41126
• 代理人: 崔衛琴

技術領域

本發明屬于橋面移動荷載識別技術領域，尤其涉及一種由橋梁位移識別橋面多軸移動荷載的方法。

背景技術

我國橋梁現狀是“重建輕養”，從1999年到2013年，國內媒體公開報道我國因各種原因垮塌的橋梁多達110余座，其中尚不包括汶川地震引起的橋梁垮塌。引起橋梁損傷與破壞原因可歸納為外部因素和內部因素，其中外部因素中由于汽車超載導致橋梁疲勞損傷和耐久性降低占據主導地位，內部因素則主要是橋梁自身承載力降低和材料強度退化。

隨著我國公路交通的爆發式增長，許多橋梁實際承受的車流量較早期設計值增加很多，車速和車重的增加均會對橋梁產生不利影響，而大型多軸車輛尤其是超載多軸車輛的出現明顯加劇了橋梁破壞的風險。

我國公路超限站在控制車輛超重方法做出許多工作，但目前測量方法多是采用地磅技術，即通過停車稱重來實現車輛總重的測量。在發展快速交通的趨勢下，如何在車輛行駛過程中精確車輛荷載具有重要的工程實際意義，尤其是對多軸貨車各軸荷載的精確測量對保護橋梁的安全性和耐久性都有很大幫助。

現有的移動荷載識別技術多針對常規兩軸車輛進行識別，不能對多軸車輛荷載進行識別，因此急需一種能夠對橋面多軸移動車輛荷載進行識別的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種僅需測量橋梁位移響應即可快速高效的識別橋面多軸移動車輛荷載，識別精度高且不影響橋面車輛正常通行。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于成分平均迭代算法的

橋面多軸移動荷載的識別方法，包括以下步驟：

1)、在橋梁底面對應位置x₁,x₂,…x_m處分別粘貼m個位移傳感器，測得橋面多軸移動車輛荷載f_k(t)在x位置處t時刻的位移為v(x,t)，k＝1,2,3…，為車輛軸數；

2)、建立車橋系統振動微分方程：取橋梁長度為L，抗彎剛度為EI，橋梁單位長度質量為ρ，考慮粘性阻尼并取阻尼系數為C，忽略橋梁的剪切變形和轉動慣量，橋面多軸移動車輛荷載f_k(t)以速度c自梁左端支承處向右移動，則車橋系統的振動微分方程為：

其中δ(x-ct)是狄拉克函數；

方程(1)的邊界條件為：

v(0,t)＝0，v(L,t)＝0，

3)、對方程(1)求解；

4)、建立橋梁在k軸車輛荷載作用下，由位移響應識別多軸移動荷載系統方程：v_(m×1)＝S_(m×k)·f_(k×1)(2)

v_(m×1)為移動荷載f_k(t)在x₁,x₂,…x_m處的實際位移，且m≥k；S_(m×k)為已知的系統矩陣；f_(k×1)為所求的k軸移動荷載；

式(2)的離散形式表示為：

其中

5)、采用成分平均迭代算法求得多軸移動荷載的精確值；

通過最小二乘法由方程(2)求得車輛多軸移動荷載的初始值f⁰，成分平均迭代算法第b+1步迭代表示為：

式中D為m行m列的單對角矩陣：

其中s_j為系統矩陣S的第j列，a_ij為系統矩陣S中第i行第j列的數值；

采用成分平均迭代算法讓初始值不斷逼近車輛真實荷載，當識別精度達到要求即可停止迭代，則最后一次迭代得到的車輛各軸荷載即為識別的車輛多軸荷載。

所述的步驟3)中對方程(1)求解的具體步驟如下所述：

基于模態疊加原理，假設橋梁的第n階模態振型函數為則方程(1)的解表示為：

矩陣形式為：

這里n為模態數，q_n(t)(n＝1,2…∞)是第n階模態位移，將方程(12)代入方程(1)，并在[0,L]內對x進行積分，利用邊界條件和狄拉克函數特性，車橋系統振動微分方程用q_n(t)表示為：

這里為q_n(t)的二階導數，、為q_n(t)的一階導數，分別為圓頻率、粘性阻尼比和橋面移動車輛荷載模態表達式；