基于EKF的風(fēng)荷載與結(jié)構(gòu)參數(shù)復(fù)合反演研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)、地震等高強(qiáng)荷載作用下或長時間服役后可能出現(xiàn)損傷，因此，同步識別結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)及外部荷載成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要問題之一。本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)和外荷載復(fù)合反演方法的基礎(chǔ)上，重點研究基于EKF（Extended Kalman Filter）的風(fēng)荷載與結(jié)構(gòu)參數(shù)復(fù)合反演方法。本文研究的具體內(nèi)容主要分為以下幾個部分：
　　提出了基于EKF及風(fēng)荷載空間相關(guān)性的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和風(fēng)荷載復(fù)合反演方法。基于AR（Auto Regr

2、essive）模型進(jìn)行高層建筑風(fēng)荷載的時程模擬，在得到各層風(fēng)荷載數(shù)值的前提下，利用風(fēng)荷載空間相關(guān)性接近于1的條件，將相鄰數(shù)層風(fēng)荷載看作相同荷載輸入，減小未知荷載數(shù)目，實現(xiàn)已知響應(yīng)數(shù)遠(yuǎn)大于未知荷載數(shù)，然后基于EFK算法以建筑結(jié)構(gòu)各層加速度為觀測量復(fù)合反演出結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)荷載。同時，討論了脈動風(fēng)相關(guān)性假定和參數(shù)初值對復(fù)合反演的影響。
　　研究了基于EKF及測量自由度擴(kuò)充的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和風(fēng)荷載復(fù)合反演方法?；谟邢拊椒?，在簡化模型中將柱

3、質(zhì)量集中到區(qū)別于樓板質(zhì)點的其他質(zhì)點，從而使得建筑結(jié)構(gòu)的層模型細(xì)化為多質(zhì)點體系模型，實現(xiàn)測量自由度數(shù)的擴(kuò)充，同時相鄰數(shù)層風(fēng)荷載的相關(guān)性也得以提高，將相鄰數(shù)層風(fēng)荷載看作相同荷載的條件假設(shè)也就更加充分，然后基于EKF實現(xiàn)了自由度擴(kuò)充后的結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)荷載復(fù)合反演。同時討論了測量自由度擴(kuò)充數(shù)目對復(fù)合反演的影響。
　　基于EKF理論，對非線性結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)和風(fēng)荷載進(jìn)行了復(fù)合反演研究?；贐ouc-Wen非線性模型，討論了Bouc-Wen中各主

4、要參數(shù)對非線性模型滯回環(huán)形狀的影響并根據(jù)使得非線性滯回環(huán)飽滿的條件選取了較優(yōu)參數(shù)，在對底層為 Bouc-Wen模型的建筑結(jié)構(gòu)引入歸一化參數(shù)后，利用Newmark-β方法進(jìn)行非線性模型的響應(yīng)求解。然后基于EKF以非線性結(jié)構(gòu)的各層加速度響應(yīng)為觀測量復(fù)合反演得到風(fēng)荷載及結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　論文的三個部分圍繞著基于EKF的荷載參數(shù)及風(fēng)荷載復(fù)合反演算法進(jìn)行闡述。針對線性和非線性結(jié)構(gòu)，提出了復(fù)合反演的EKF算法，并采用了多個數(shù)值算例驗證了算法的可