[发明专利]基于车-桥梁耦合作用力修正的桥梁模型更新方法、系统、存储介质及设备

说明书

基于车‑桥梁耦合作用力修正的桥梁模型更新方法、系统、存储介质及设备，属于工程技术领域。本发明是为了解决目前并没有针对桥梁模型的精细化更新方法，从而导致仿真精确度较低问题。本发明通过布设在桥梁结构上的传感器获得桥梁结构在重载车辆荷载作用下的桥梁结构动态响应；根据已重载车辆重心o处桥梁竖向振动加速度a_o及竖向挠度y_o，以及重载车辆速度u_车，重构振动台台面响应，并获得车‑桥耦合模型的相互作用力；建立桥梁结构非线性有限元模型，将车‑桥相互作用力作为外力，将桥梁结构动态响应作为结构响应，通过非线性参数识别方法，完成桥梁结构有限元模型的修正。本发明主要用于桥梁模型的更新。

技术领域

本发明属于工程技术领域，特别涉及公路桥梁有限元模型的精细化更新方法、系统及设备

背景技术

以公路桥梁为代表的基础设施的快速发展，是中国经济持续增长的重要基石。公路桥梁作为重要的交通枢纽，对促进物资运输、改善偏远地区交通状况，实现区域经济发展具有重要意义。然而，随着国内外物流业务的极速扩张，重型、超重型运载情况时有发生，这种超过桥梁常规使用设计荷载的重载车辆，极可能使桥梁产生不可逆的损伤，严重影响桥梁设计使用周期内的安全性及耐久性。

近年来，由重载车辆造成的桥梁坍塌事故频繁出现，如2015年6月赣鄂高速河源匝道桥垮塌，桥梁设计荷载110t，实际重载荷载360t；2019年10月江苏无锡高架桥垮塌，桥梁设计荷载110t，实际重载车辆荷载183t。桥梁结构的垮塌与失效，不仅造成巨额的经济损失，更会造成恶劣的社会影响，因此，聚焦重载车辆过桥的安全评估问题尤为重要。重载车辆过桥安全性评估工作，离不开桥梁数值仿真计算，因此，能够真实描述结构实际损伤的有限元模型，是桥梁安全性评估首要解决的关键问题之一。但是现有的研究中并没有考虑这方面的因素而对桥梁模型进行更新，因此仿真时精确度较低，导致了桥梁安全性可能存在隐患。

发明内容

本发明是为了解决目前并没有针对桥梁模型的精细化更新方法，从而导致仿真精确度较低问题。

一种基于车-桥梁耦合作用力修正的桥梁模型更新方法，包括以下步骤：

通过布设在桥梁结构上的传感器获得桥梁结构在重载车辆荷载作用下的桥梁结构动态响应；实测获得的桥梁结构动态响应包括桥梁竖向振动加速度及竖向挠度；

根据已重载车辆重心o处桥梁竖向振动加速度a_o及竖向挠度y_o，以及重载车辆速度u_车，重构振动台台面响应，并获得车-桥耦合模型的相互作用力；

建立桥梁结构非线性有限元模型，将车-桥相互作用力作为外力，将桥梁结构动态响应作为结构响应，通过非线性参数识别方法，完成桥梁结构有限元模型的修正。

优选地，所述传感器布设位置为桥梁各跨主梁四分之一分点处。

优选地，实测获得的桥梁结构动态响应包括桥梁竖向振动加速度及竖向挠度的过程中需要通过插值方法获得重载车辆在过桥全过程时间内，重载车辆重心处桥梁竖向挠度变形及竖向振动加速度。

优选地，重构振动台台面响应并获得车-桥耦合模型的相互作用力F的过程包括以下步骤：

将重载车辆停放至振动台上，在车轮底部布设测力板，将实际测得的桥梁结构动态响应重构作为响应量提供给振动台，使振动台产生与重载车辆过桥过程中车量重心所对应的桥梁结构动态响应相一致，通过测力板获得车-桥耦合模型的相互作用力F；

优选地，通过非线性参数识别方法，完成桥梁结构有限元模型的修正的过程，采用能量守恒积分方法与UKF方法实现，其中采用能量守恒积分方法求解结构动力学问题，采用UKF方法进行桥梁数值模型更新；

所述采用能量守恒积分方法求解结构动力学问题的具体过程包括以下步骤：