[發明專利]基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法、系統、存儲介質及設備

有效

• 申請號: 202110641202.4
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113392451B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 丁勇;張志強;劉劍;周彤;賈獻卓;常英;朱斌;陳光;曾聰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中電建冀交高速公路投資發展有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 深圳匯策知識產權代理事務所(普通合伙) 44487
• 代理人: 遲芳

1.一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過布設在橋梁結構上的傳感器獲得橋梁結構在重載車輛荷載作用下的橋梁結構動態響應；實測獲得的橋梁結構動態響應包括橋梁豎向振動加速度及豎向撓度；

根據已重載車輛重心o處橋梁豎向振動加速度a_o及豎向撓度y_o，以及重載車輛速度u_車，重構振動臺臺面響應，并獲得車-橋耦合模型的相互作用力；

建立橋梁結構非線性有限元模型，將車-橋相互作用力作為外力，將橋梁結構動態響應作為結構響應，通過非線性參數識別方法，完成橋梁結構有限元模型的修正。

2.根據權利要求1所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，所述傳感器布設位置為橋梁各跨主梁四分之一分點處。

3.根據權利要求2所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，實測獲得的橋梁結構動態響應包括橋梁豎向振動加速度及豎向撓度的過程中需要通過插值方法獲得重載車輛在過橋全過程時間內，重載車輛重心處橋梁豎向撓度變形及豎向振動加速度。

4.根據權利要求1、2或3所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，重構振動臺臺面響應并獲得車-橋耦合模型的相互作用力F的過程包括以下步驟：

將重載車輛停放至振動臺上，在車輪底部布設測力板，將實際測得的橋梁結構動態響應重構作為響應量提供給振動臺，使振動臺產生與重載車輛過橋過程中車輛重心所對應的橋梁結構動態響應相一致，通過測力板獲得車-橋耦合模型的相互作用力F。

5.根據權利要求4所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，通過非線性參數識別方法，完成橋梁結構有限元模型的修正的過程，采用能量守恒積分方法與UKF方法實現，其中采用能量守恒積分方法求解結構動力學問題，采用UKF方法進行橋梁數值模型更新；

所述采用能量守恒積分方法求解結構動力學問題的具體過程包括以下步驟：

橋梁非線性系統運動方程的時間離散形式如(1)所示

其中，M、C為橋梁非線性系統質量、阻尼矩陣，x表示狀態空間方程的狀態變量，k為時間步，F_k為k時刻車橋外界作用力，L為荷載位置矩陣，和x_k為橋梁結構k時刻的加速度、速度和位移響應，R_k(x)為k時刻橋梁非線性系統的非線性結構恢復力；

將參數離散點幅值擴展于狀態量中，采用常加速度Newmark-β法獲得相鄰時刻速度及加速度之間的關系，如公式(3)所示，通過離散的運動微分方程完成對橋梁有限元模型的參數識別；

其中△t為時間步長，k為時間步；

根據公式(1)得到k+1為時間步的系統速度的表達式：

式中x_m、F_m和R_m是k和k+1時間步長之間的平均速度、平均外力和平均恢復力；

系統運動方程(1)寫成如下形式

對公式(1)右乘(x_k+1-x_k)^T之后，得到新的運動方程：

將公式(8)視為能量轉移過程，利用能量守恒積分方法求解結構動力學問題。

6.根據權利要求5所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，橋梁非線性系統阻尼矩陣為瑞利阻尼矩陣：

C＝a₁·M+a₂·K

其中，a₁和a₂為瑞利阻尼系數，K是剛度矩陣。

7.根據權利要求5所述的一種基于車-橋梁耦合作用力修正的橋梁模型更新方法，其特征在于，所述的k和k+1時間步長之間的平均速度、平均外力和平均恢復力x_m、F_m和R_m分別如下：