[发明专利]一种桥面移动车辆载荷的随机识别方法

说明书

技术领域

本发明属于随机动载荷识别技术领域，涉及一种基于KL分解技术的桥面移动车辆载荷的随机识别方法。

背景技术

移动车辆载荷是桥梁受到的主要载荷形式之一，准确获取行驶车辆对桥梁的载荷信息对桥梁结构的寿命预测和状态评估非常重要。传统的停车称重的方法费时费力，且只能获取车辆轴重信息；移动称重系统能够在车辆经过时获取车辆的当量轴载信息，提高了称重效率，但只能获得当量静轴载。研究表明，相同车辆的动载荷对桥梁的破坏能达到静轴载的2～4倍，因此发展高效地获取车辆动载荷信息的方法具有较大的价值。

车辆作用于桥面的动载荷也可以定义为车轮与桥面的接触载荷。由于接触处难以布置传感器，且接触载荷的位置和大小都随时间变化，无法用直接测量的方式获取，只能利用间接识别方法获得，车辆的移动载荷识别技术由此应运而生。车辆移动载荷识别技术是在假设桥梁系统参数已知的情况下，基于桥梁动力学方程，利用实测桥面动响应来识别桥上移动车辆动载荷的技术。

传统的移动载荷识别技术是利用单次实测的桥梁动响应数据识别引起该次动响应的移动激励信息，通常不考虑激励和动响应中存在随机性，是确定性移动载荷识别方法。该类方法虽然根据单次实测桥梁动响应数据能较为准确获取桥面移动载荷信息，然而仅靠单次实测响应数据识别移动动载荷时，无法考虑考虑激振载荷的随机性。事实上，移动车轮对桥面的激振力由于路面不平的原因，本身就呈现一定的“随机性”，作用于桥梁结构时，桥梁动响应也将随之呈现“随机性”；因此，单次实测的桥梁动响应只能是结构随机动响应信息的其中一个样本，基于某个响应样本利用确定性移动载荷识别方法获得的动载荷信息也只能部分反映该随机动载荷激励；另外，单次动响应测量中包含的误差在确定性移动载荷识别中也被作为“真实响应”的一部分，引起载荷识别结果的偏差。因此，提出一种桥面移动车辆载荷的随机识别方法能够更加准确、合理的获取桥面上的移动车辆载荷信息。

发明内容

技术问题：本发明提供一种考虑了桥面实测动响应的随机性，利用实测结构动响应样本集合进行识别，识别结果能更加全面、直观的描述随机动载荷信息，计算效率更高的桥面移动车辆载荷的随机识别方法。

技术方案：本发明的桥面移动车辆载荷的随机识别方法，包括以下步骤：

(1)在桥面布置光栅、应变和加速度传感器，测量获得移动车辆载荷的行驶速度以及桥梁在移动车辆载荷作用下的动态应变响应和加速度响应；

(2)对桥梁结构建立有限元模型，然后进行模型缩聚，获得与实测动态应变响应信号对应自由度相匹配的缩聚后结构有限元模型及缩聚后移动车辆载荷的位置矩阵H_c，所述缩聚后结构有限元模型包括缩聚后质量矩阵M_c，缩聚后阻尼矩阵C_c和缩聚后刚度矩阵K_c；

(3)基于所述步骤(1)测量获得的动态应变响应样本集，利用KL分解技术获取桥梁随机动位移确定性成份y^(j)、速度确定性成份和加速度的确定性成份其中j表示KL分解的阶数；

(4)以洪吉诺夫正则化方法求解缩聚后移动车辆载荷的位置矩阵H_c的逆矩阵然后根据下式识别随机移动车辆载荷的确定性成份f^(j)(t)：