大跨度斜拉橋拉索索力與車輛荷載識(shí)別及建模研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，公路交通運(yùn)輸量不斷增加，公路橋梁上的車輛荷載強(qiáng)度和頻度均持續(xù)上升，這造成了嚴(yán)重的橋梁累積損傷、甚至失效。近十年來因超載而造成的橋梁垮塌事故接連不斷，橋梁上實(shí)際車輛荷載的識(shí)別、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析、分布規(guī)律的研究至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使得實(shí)時(shí)的識(shí)別和監(jiān)測(cè)橋梁上運(yùn)行的車輛荷載成為可能。目前，關(guān)于橋梁荷載的識(shí)別研究主要集中在梁橋，對(duì)斜拉橋車輛荷載的研究仍十分缺乏，且已有研究方法需要已知車輛荷載位置。此外，

2、斜拉索是斜拉橋上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其疲勞效應(yīng)十分突出，目前斜拉索時(shí)變索力的監(jiān)測(cè)和識(shí)別仍然沒有有效的方法。本文研究大跨度斜拉橋斜拉索時(shí)變索力識(shí)別方法、車輛荷載及其空間分布識(shí)別方法、以及車輛荷載建模與極值預(yù)測(cè)模型。
　　主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　首先，提出基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的時(shí)變索力識(shí)別方法，并進(jìn)行數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證。推導(dǎo)考慮支座位移的斜拉索的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間運(yùn)動(dòng)方程和觀測(cè)方程，給出基于監(jiān)測(cè)的加速度響應(yīng)的斜拉索時(shí)變索力識(shí)別的擴(kuò)展卡爾曼濾

3、波算法；采用南京長(zhǎng)江三橋的斜拉索進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證方法的精度和魯棒性；進(jìn)一步通過模型試驗(yàn)，驗(yàn)證方法的識(shí)別精度。
　　其次，提出基于斜拉索振動(dòng)信息識(shí)別橋梁車輛荷載的方法。推導(dǎo)包含車重、車速和上橋時(shí)間的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間運(yùn)動(dòng)方程及斜拉索觀測(cè)方程，提出基于擴(kuò)展卡爾曼濾波方法的車重、車速和上橋時(shí)間識(shí)別算法，采用南京長(zhǎng)江三橋進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證本文方法的精度。
　　再次，提出基于斜拉索索力監(jiān)測(cè)信息的斜拉橋上車輛荷載及其位置識(shí)別方法。建立車輛荷

4、載等效力與斜拉索索力之間的關(guān)系方程，利用Tikhonov正則化方法降低此病態(tài)線性方程求解的不適定性；采用區(qū)間理論，研究識(shí)別結(jié)果的誤差上、下界。
　　提出基于斜拉索索力監(jiān)測(cè)信息的斜拉橋車輛荷載及其空間分布的稀疏優(yōu)化識(shí)別算法。建立車輛荷載與斜拉索索力之間的線性關(guān)系方程，采用稀疏優(yōu)化算法求解上述方程，識(shí)別車輛荷載及其空間分布，采用南京長(zhǎng)江三橋進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，驗(yàn)證本文方法的精度及其抗噪性。
　　最后，在上述車輛荷載識(shí)別的基礎(chǔ)上，采用南