基于UKF的橋梁空間結(jié)構(gòu)損傷識別研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)受自然環(huán)境和人為等因素的影響，在正常使用期間會出現(xiàn)損傷，并會隨時間逐步積累，最終可能導致嚴重的工程事故。在事故發(fā)生前通過結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，識別結(jié)構(gòu)損傷，掌握結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，對于保障結(jié)構(gòu)安全、預防突發(fā)事故具有重大價值。
　　在眾多損傷識別方法中，基于UT變換的無跡卡爾曼濾波方法（UKF）是一種遞推型的模型修正方法。與傳統(tǒng)時域方法相比，UKF可以通過遞推的方式得到狀態(tài)的最優(yōu)估計；與擴展卡爾曼濾波方法相比，對于非線性系統(tǒng)參數(shù)識別問題，

2、不需要求解復雜的雅克比矩陣且具有更高的精度。
　　針對UKF在結(jié)構(gòu)損傷識別反問題中存在的不適定性，本文基于偽測量技術(shù)提出了結(jié)合l p范數(shù)正則化的UKF方法，可以有效利用不同類型的橋梁損傷先驗信息來提高損傷識別效果；并以此為基礎(chǔ)將結(jié)合正則化的UKF應用到考慮空間特性的橋梁損傷識別中。具體的研究工作如下:
　　(1)利用模態(tài)坐標代替結(jié)構(gòu)節(jié)點響應構(gòu)建UKF的狀態(tài)向量，采取模態(tài)截斷技巧有效縮減狀態(tài)向量維數(shù)；并將損傷參數(shù)添加到狀態(tài)向量

3、當中，構(gòu)造結(jié)構(gòu)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)參數(shù)混合識別問題；進而利用結(jié)構(gòu)的自由振動觀測值，通過遞推計算在得到狀態(tài)最優(yōu)估計的同時識別損傷。
　　(2)為充分利用人工巡檢等方式得到的橋梁損傷先驗信息，本文基于偽測量技術(shù)，提出將UKF結(jié)合l p范數(shù)正則化方法識別結(jié)構(gòu)損傷。根據(jù)結(jié)構(gòu)的損傷特點可以選擇不同的正則化方法，有效緩解了反問題求解的不適定性，提高了損傷識別的精度。論文首先以簡支梁為代表的數(shù)值算例對兩種lp正則化方法進行了比較，分析了不同正則化方法的識

4、別效果和適用的損傷情況；進而考慮具有局部損傷特點結(jié)構(gòu)，以平面桁架為代表重點驗證了結(jié)合l1范數(shù)正則化的UKF方法有效性。
　　(3)在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別分析中，簡化的梁式結(jié)構(gòu)是目前最為常見的分析模型；但實際的橋梁都是三維結(jié)構(gòu)，具有空間特性。考慮空間橋梁結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)變形、損傷分區(qū)和測點布置跟一維梁式結(jié)構(gòu)都有很大的區(qū)別。論文選取板梁橋和 T型梁橋兩種代表性橋梁作為研究對象，進行損傷識別的研究。首先利用ANSYS建立了具有空間特性的板梁橋結(jié)