[发明专利]一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法，利用小波包方法和互相关系数相结合的分析方法对高速列车过桥时的车速数据和过桥过程中的振动加速度数据分析，利用拉格朗日插值基函数建立拟合函数，然后利用最小二乘准则建立拟合函数的优化模型，优化模型即满足J的计算结果最小的模型，最终利用凸优化方法确定优化模型的最佳参数拟合值，从而确定能够准确描述高速铁路车桥共振特性的函数。本发明有效地克服了列车过桥车速和振动加速度最大值之间相关散点图的高离散性和拟合函数不确定性的两大难点，从而准确地建立出高速铁路车桥共振特性的表征函数。

技术领域

本发明属于大跨铁路桥梁结构的健康监测和安全评估领域，具体来说，涉及一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法。

背景技术

准确把握在高速列车作用下大跨铁路桥梁结构的共振响应特征，尤其是在车桥耦合动力相互作用下振动加速度最大值随高速列车车速的共振响应特征，不仅可以验证大跨铁路桥梁结构的动力设计合理性，还可以为大跨铁路桥梁结构在服役过程中的安全监控提供重要参考价值。例如，孟鑫等铁路桥梁研究人员采用车－线－桥系统的试验方法进行了京沪高铁南京大胜关长江大桥的动力特性现场测试，但由于现场测试的列车运行次数较少，难以把握振动加速度最大值随高速列车车速的共振响应特征。因此研究并建立高速铁路车桥共振特性的表征函数具有重要意义。

近年来随着桥梁健康监测技术发展，可以在大跨铁路桥梁结构上安装列车车速监测仪和振动加速度传感器，可以直接获取大跨铁路桥梁结构在真实服役环境下的列车车速和振动加速度响应监测数据，因此大跨铁路桥梁结构的车桥共振特性可以采用振动加速度最大值与高速列车车速之间的相关性散点图进行真实描述，但目前相关性散点图仍旧存在两大难点：(1)相关性散点图具有不可避免的离散特性，会严重降低铁路桥梁车桥共振特性的准确度；(2)描述相关性散点图的函数具有不确定性，很难利用某一类基本数学函数准确全面地包含相关性散点图的所有信息特征，而采用傅里叶级数、神经网络等方法又会出现相关性散点图的过拟合现象。因此，本发明提出了一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法。在本方法中，提出利用小波包互相关系数分析法降低相关性散点图的离散特性，然后利用拉格朗日插值基函数对相关散点图进行凸优化和拟合，最终确定高速铁路车桥共振特性的表征函数。

发明内容

发明目的：为解决监测数据中振动加速度最大值与高速列车车速之间相关性散点图的高离散性和拟合函数不确定性的问题，本发明提出一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法。

技术方案：

一种高速铁路车桥共振特性表征函数的精确建立方法，包括步骤：

步骤(1)：采集高速列车过桥时的车速数据和过桥过程中的振动加速度数据；

步骤(2)：获取每次高速列车的过桥车速V_a及其对应的振动加速度最大值U_a组成过桥车速序列V和振动加速度最大值序列U；

其中，V_a表示第a次列车的过桥车速，U_a表示第a次列车在过桥过程中产生的振动加速度最大值，V_a与U_a一一对应，a＝1,2,…,M，M为列车过桥总次数，M≥200；V＝[V₁,V₂,…,V_M]，U＝[U₁,U₂,…,U_M]；

步骤(3)：将过桥车速序列V中的所有的过桥车速值按递增顺序重新排列，得到序列V_s；然后按照一一对应关系将序列U中的所有振动加速度最大值重新排列，得到序列U_s；