[發(fā)明專利]基于Landweber迭代法的橋面多軸移動荷載的識別方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710061242.5
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106908128A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳震
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號: G01G19/03
• 分類號: G01G19/03;G06F19/00
• 代理公司: 鄭州立格知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41126
• 代理人: 崔衛(wèi)琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋面移動荷載識別技術(shù)領(lǐng)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(shù)

我國橋梁現(xiàn)狀是“重建輕養(yǎng)”，從1999年到2013年，國內(nèi)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(nèi)部因素，其中外部因素中由于汽車超載導(dǎo)致橋梁疲勞損傷和耐久性降低占據(jù)主導(dǎo)地位，內(nèi)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(fā)式增長，許多橋梁實際承受的車流量較早期設(shè)計值增加很多，車速和車重的增加均會對橋梁產(chǎn)生不利影響，而大型多軸車輛尤其是超載多軸車輛的出現(xiàn)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(shù)，即通過停車稱重來實現(xiàn)車輛總重的測量。在發(fā)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(xiàn)有的移動荷載識別技術(shù)多針對常規(guī)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?qū)蛎娑噍S移動車輛荷載進行識別的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種僅需測量橋梁位移響應(yīng)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(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于Landweber迭代法的

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(yīng)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(shù)；

2)、建立車橋系統(tǒng)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(zhì)量為ρ，考慮粘性阻尼并取阻尼系數(shù)為C，忽略橋梁的剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量，橋面多軸移動車輛荷載fk(t)以速度c自梁左端支承處向右移動，則車橋系統(tǒng)的振動微分方程為：

其中δ(x-ct)是狄拉克函數(shù)；

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(yīng)識別多軸移動荷載系統(tǒng)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(tǒng)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Landweber迭代法求得多軸移動荷載的精確值；

在測量橋梁位移響應(yīng)時，由于測量噪聲干擾通常測得的位移響應(yīng)中包含較小的噪聲，實際測得的位移響應(yīng)為v^δ，即方程S·f＝v右端項通常是帶有擾動的數(shù)據(jù)v^δ，且滿足

||v-v^δ||≤δ(4)

其中δ為噪聲最大限值，這個噪聲最大限值是由環(huán)境因素決定的，取值范圍為0到1之間；

Landweber迭代格式為：

其中S^*為車橋移動荷載識別系統(tǒng)矩陣S的伴隨矩陣，

迭代終止條件為：

其中C為噪聲最大限值的影響系數(shù)，為一常數(shù)，這個值是人為設(shè)定的，根據(jù)識別精度要求不同自由設(shè)定；

取多軸移動荷載初始值為迭代格式可寫為：

其中l(wèi)為單位矩陣，若初值取為迭代格式可寫為：

其中即為基于Landweber迭代方法識別的多軸移動荷載。

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(tài)疊加原理，假設(shè)橋梁的第n階模態(tài)振型函數(shù)為則方程(1)的解表示為：

矩陣形式為：