基于EKF的風荷載與結構參數(shù)復合反演研究.pdf

1、結構在強風、地震等高強荷載作用下或長時間服役后可能出現(xiàn)損傷，因此，同步識別結構的物理參數(shù)及外部荷載成為結構健康監(jiān)測的重要問題之一。本文在系統(tǒng)總結國內外關于結構參數(shù)和外荷載復合反演方法的基礎上，重點研究基于EKF（Extended Kalman Filter）的風荷載與結構參數(shù)復合反演方法。本文研究的具體內容主要分為以下幾個部分：
　　提出了基于EKF及風荷載空間相關性的結構物理參數(shù)和風荷載復合反演方法。基于AR（Auto Regr

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

3、質量集中到區(qū)別于樓板質點的其他質點，從而使得建筑結構的層模型細化為多質點體系模型，實現(xiàn)測量自由度數(shù)的擴充，同時相鄰數(shù)層風荷載的相關性也得以提高，將相鄰數(shù)層風荷載看作相同荷載的條件假設也就更加充分，然后基于EKF實現(xiàn)了自由度擴充后的結構參數(shù)和風荷載復合反演。同時討論了測量自由度擴充數(shù)目對復合反演的影響。
　　基于EKF理論，對非線性結構的物理參數(shù)和風荷載進行了復合反演研究。基于Bouc-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模型的建筑結構引入歸一化參數(shù)后，利用Newmark-β方法進行非線性模型的響應求解。然后基于EKF以非線性結構的各層加速度響應為觀測量復合反演得到風荷載及結構參數(shù)。
　　論文的三個部分圍繞著基于EKF的荷載參數(shù)及風荷載復合反演算法進行闡述。針對線性和非線性結構，提出了復合反演的EKF算法，并采用了多個數(shù)值算例驗證了算法的可