[发明专利]一种基于功率谱传播的桥梁随机激励识别方法

说明书

本发明公开了一种基于功率谱传播的桥梁随机激励识别方法，包括如下步骤：一种基于功率谱传播的桥梁随机激励识别方法，包括：获取运营环境下的桥梁位移响应功率谱S_yy；从桥梁位移响应功率谱S_yy中提取两个主子矩阵分别作为已知响应功率谱及未知响应功率谱并通过最小化预测误差来定位随机激励位置；利用随机激励位置重构虚拟激励；利用虚拟激励计算随机激励功率谱S_ff。本发明采用了一种新的随机激励的定位方法，无需假设随机激励的作用位置，直接通过位移响应功率谱定位随机激励，更符合工程实际，有效的解决了激励位置未知的情形，为后续桥梁随机激励重构提供了基础。

技术领域

本发明涉及桥梁领域，具体涉及一种基于功率谱传播的桥梁随机激励识别方法。

背景技术

随机激励是作用于桥梁结构上最常见的荷载形式，比如主梁受到的汽车荷载、拉吊索受到的风雨激振等。由于在桥梁结构优化设计、可靠性评估时需要获取随机激励的作用位置及幅值信息，因此识别作用于桥梁上的随机荷载具有重要的科学研究意义与工程应用价值。

现有桥梁随机激励识别方法大致可以分为两类，即时域方法和频域方法。具体来讲，时域方法在时域内通过杜哈梅积分或卡尔曼滤波等手段进行随机激励识别。然而，时域方法往往需要采集与处理大量的时程数据，进而导致识别效率低下。相反，频域方法通过频响函数将时域内复杂的卷积积分转换成较为简洁的乘积关系，使得识别过程更加高效、可靠。因而在频域内进行桥梁随机激励识别极具应用前景。

但是目前频域内桥梁随机激励识别方法大多需要激励位置的先验信息。这意味着传递函数需要是可得到的，即必须事先明确激励位置。然而，在实际工程中，对于车辆荷载、风荷载、等随机激励，提前获取这些荷载的激励位置是非常困难的，这将导致随机激励识别无法进行。然而，定位桥梁随机激励位置在监测结构的潜在损伤的过程中又是非常必要的。

综上所述，如何准确定位随机激励的作用位置成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明实际解决的问题是：如何准确定位随机激励的作用位置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于功率谱传播的桥梁随机激励识别方法，包括：

S1、获取运营环境下的桥梁位移响应功率谱S_yy；

S2、从桥梁位移响应功率谱S_yy中提取两个主子矩阵分别作为已知响应功率谱及未知响应功率谱并通过最小化预测误差来定位随机激励位置；

S3、利用随机激励位置重构虚拟激励；

S4、利用虚拟激励计算随机激励功率谱S_ff。

优选地，步骤S2包括：

S201、从桥梁位移响应功率谱S_yy中提取出两个阶数为h、m的主子矩阵，分别记作已知响应功率谱及未知响应功率谱所述h、m满足如下关系：

h＝M；m＝[h/2]

式中，M代表位移响应功率谱S_yy的阶数，h代表已知响应功率谱的阶数，m代表未知响应功率谱的阶数；

S202、枚举所有可能的随机激励位置组合，并计算每一随机激励位置组合对应的可传递性矩阵；

S203、按下式在每一随机激励位置组合下由已知响应功率谱计算未知响应功率谱的预测值

式中，表示第i个随机激励位置组合对应的可传递性矩阵，+表示矩阵的广义逆，和分别表示到响应和的传递函数矩阵；表示可传递性矩阵的共轭转置；