[发明专利]一种基于广义最小残差方法的桥梁移动车辆荷载识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥面移动荷载识别技术领域，尤其涉及一种基于广义最小残差方法的桥面移动车辆荷载的动态识别方法。

背景技术

目前，车辆荷载是在役桥梁影响最大的活荷载，车辆动荷载会引起路面和桥梁的附加应力，引起桥梁的累积损伤和疲劳破坏，甚至诱发桥梁结构恶性事故。随着桥梁轻型化、车辆荷载重型化、车速高速化的发展，移动荷载的精确识别引起越来越多桥梁工程研究人员的关注。目前通过布设传感器可记录车辆激励荷载作用下桥梁的动态响应，基于桥梁动态响应识别桥面移动车载，对监测桥上移动荷载、评估在役桥梁抗裂性能和承载能力、预测桥梁剩余寿命以及桥梁结构可靠度设计和运营维护管理等方面都具有重要意义。

车辆尺寸和重量标准是规范和控制国家公路适用车辆最大允许尺寸和重量的重要指标，也是检查和控制超限和超载车辆的基本依据，主要包括：轴重、总重、高度、长度及车桥荷载重量等。国务院和交通部陆续颁布了我国公路及超限运输管理的有关条例和法规，但一些运输企业为了谋取更大的利润，违背国家有关车辆额定尺寸和载重量的规定进行超限超载运输，严重破坏了道路等交通基础设施，而且威胁着行车安全。严格按照车辆尺寸和载重法规执法、治理超限超载车辆一直是各级政府部门道路运输管理的主要内容之一，如何利用各种先进技术精确识别移动车载是我国面临的重大课题。

随着结构动力学问题研究的深入，人们对振动问题有了更深层次的认识，振动问题发展成很多新的相关研究学科，如结构参数识别、动荷载识别、结构的故障诊断、结构的减振与隔振、结构的动力学优化等。随着科学技术的发展，人们对作用于工程结构上的荷载关注程度越来越大，对其研究逐渐深入，其中动荷载对结构的影响较大，且具有破坏性和不可预见性。

所谓动荷载识别是通过对结构动响应(位移、速度、加速度或应变等)的测量，根据已知结构动态特性，识别作用在结构上的动荷载。它包含两大方面的研究内容，一是系统建模技术，二是识别方法。对于不同类型的动荷载在这两方面技术上存在着很大的差异，而研究出工程适用的建模过程和识别方法是研究的难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于广义最小残差方法的桥梁移动车辆荷载识别方法，避免了迭代次数的比选过程，节约了移动荷载识别时间，提高了移动荷载识别效率，适合于高精度移动荷载识别问题。

本发明采用下述技术方案：一种基于广义最小残差方法的桥梁移动车辆荷载识别方法，包括以下步骤：

(1)、在桥面预设测点位置布置光电传感器、应变片和加速度计，由光电传感器测量获得移动车辆荷载的行驶速度，由应变片测量获得移动车辆荷载的应变，加速度计测量获得桥梁在移动车辆荷载作用下的加速度；

(2)、 建立桥梁的简化物理力学模型，取桥梁长度为L，桥面移动车辆荷载                                                以均匀速度c沿着桥面移动，桥梁单位长度质量为ρ，考虑粘性阻尼并取阻尼系数为C，简支梁抗弯刚度为EI；

桥面上t时刻移动车辆荷载动力学方程有如下形式：

                  （1）

上式中：为桥梁的第n阶模态振型；为的二阶导数，为的一阶导数；

为粘性阻尼比，；C为阻尼系数，不是一个定值，和桥梁自身特征及材料属性有关，可以根据仪器测得；

为圆频率，；

为桥面移动车辆荷载模态表达式，；表示车辆荷载在t时刻的值。

（3）、通过卷积积分在时域求解，得到形如的系统方程，则为已知的系统矩阵，为已知的桥面响应，即为所求的移动车辆荷载；

（4）对所求的移动车载赋予一个初值，则得到初始残差；

（5）运用Krylov子空间迭代，可得系统矩阵关于初始残差的k阶Krylov子空间为：

取，由Arnoldi 过程得到Krylov子空间的一组标准标准正交基过程为：

，，，

取、，定义上Hessenberg 阵为：

通过求解的极小值可得Krylov子空间辅助迭代向量；

；

Krylov子空间第k步迭代解表示为：

相应的残差向量为，定义广义最小残差为，当广义最小残差满足设定要求即认为移动荷载识别精度达到预期要求。

所述的步骤（3）中通过卷积积分在时域求解有如下三种形式：