[发明专利]一种移动荷载下简支梁损伤和移动力同时识别方法

说明书

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种移动荷载下简支梁损伤和移动力同时识别方法。

背景技术

结构的损伤识别和外部荷载识别是结构健康监测体系的两个重要方面，在结构安全维护和安全评定中具有重要作用。由于结构的振动特性(如时程响应、频响函数、固有频率、振型等)是结构物理参数(如刚度、质量、阻尼等)的函数，结构损伤即意味着结构参数的改变，而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变。目前基于结构振动信息的损伤识别方法，主要分为频域法和时域法。频域法是指利用实测结构的模态参数(固有频率和振型)，通过求解结构动力特征值的反问题识别结构的物理参数的变化。时域法是指通过安装在结构上的传感设备，对结构的振动进行实时监测，可以获得结构不同位置的动力响应，对损伤前后结构的动力响应变化进行分析及处理，就有可能获得结构物理参数的变化情况。

动态载荷识别一般是在预先已知结构的参数信息的情况下，利用测量结构响应(位移、速度、加速度及频响函数等)，识别出无法测量的未知输入力。频域法和时域法是动态荷载识别的两类经典方法。频域法利用频响函数及模态参数在频率域中进行识别；时域法采用模态坐标变换,将运动方程转化为非耦合的型式,并假定微小时间间隔内动态荷载为阶跃函数,对非耦合方程进行求解,从而利用响应历程获得动态荷载。频域识别法已形成了较完善的理论及计算方法,但是该方法要求采样信号有一定的数据长度、一般适应于平稳振动信号，且高阶模态截断会带来模型误差，必然会影响动荷载的识别结果。由于时域法可直接得到荷载时间历程，无需时频转化，不存在中间过程的误差，所得结果比较直观，便于工程实际应用，且时域荷载识别法是处理非平稳载荷的根本途径，因此荷载识别方法多数基于时域内的结构振动响应进行识别。

在基于结构振动信息的损伤识别过程中，一般需要测量或已知结构外部荷载的时间历程，然而在实际应用中，结构的未知荷载和未知损伤常常是共存的，特别是在桥梁结构中，车辆的移动荷载通常难以准确测量，因此在未知移动荷载下受损结构的损伤识别和移动力识别情况同时存在。

李杰和陈隽首次将这种在时域中识别结构参数同时反演未知激励的反问题归结为动力复合反演问题，并提出全量补偿法、分组归一化统计平均法等多种复合反演算法，较好地解决了部分输入未知条件下的结构参数识别及荷载反演问题[未知输入条件下的结构物理参数识别研究,计算力学学报,1999,16(1):32-40]。Lu等[Identification of system parameters and Input force from output only,Mechanical Systems and Signal Processing,2007,21:2099-2111]基于结构响应的灵敏度利用两步反演法同时识别系统参数和输入激励，未知荷载由一系列正弦函数加一个常数逼近组成。Zhang等[A probabilistic damage identification approach for structures with uncertainties under unknown input,Mechanical Systems and Signal Processing,2011,25:1126-1145]利用切比雪夫多项式表示未知荷载，把识别荷载等效为识别多项式系数，识别中能够对损伤参数和荷载参数二者同时进行迭代修正。Zhang等[Identification of coexistent load and damage,Structural and Multidisciplinary Optimization,2010,41(2):243-253]基于虚拟变形方法(VDM)，用虚拟变形等效结构的损伤，继而借助未损伤结构通过实测损伤结构响应识别荷载和损伤，包括损伤类型和大小，该方法要求传感器数目不小于未知荷载数目和虚拟变形数目的总和。以上方法都能解决未知荷载和结构损伤的同时识别，但仅局限于固定位置的动态荷载识别。

发明内容

针对实际桥梁结构中车辆的移动荷载难以准确测量，移动车辆荷载同时也会对桥梁结构产生损伤影响，因此桥梁结构移动荷载和损伤的同时识别问题尤为重要，本发明采用时域内动力响应灵敏度的模型修正方法，将未知移动荷载采用切比雪夫多项式表示，结合梁单元形函数概念将移动荷载等效成单元节点力，仅利用少数测量的动力响应同时识别出简支梁的损伤状况和移动荷载的时程曲线。

本发明提供一种用于同时识别简支梁损伤和移动力的方法，解决在未知移动荷载作用下简支梁的损伤状况以及移动力识别的快捷计算方法。