基于Tikhonov正则化方法的桥梁移动荷载识别研究

摘要

桥梁移动荷载识别对于桥梁的交通荷载统计、健康监测和日常维护中具有重要的意义和应用价值。与传统的路面移动荷载识别相比，它具有隐蔽好、不干扰交通、记录时间长和可重复利用等优点。然而，在实际应用过程中，识别方程病态问题影响着方程解的稳定性。为了解决荷载识别的病态问题，本文引入Tikhonov正则化方法，并且选择L曲线原则确定正则参数。
　　为了验证Tikhonov正则化方法的有效性，进行了简支板桥的移动荷载识别模型实验。根据正交异性板理论和模态叠加法，推导了移动荷载作用下简支板桥的荷载识别方程。通过实验确定不同速度车辆经过板桥时的应变响应历程，并将所测得数据代入识别方程求得车辆荷载信息。实验和计算结果对比表明，通过引进Tikhonov正则化方法可以获得识别方程的稳定解，识别结果与实际小车重量吻合较好。在基于Tikhonov正则方法的移动荷载识别的参数分析中，荷载数量较低的情况下并不会引起识别轴重相对误差的变化。Tikhonov正则方法的减噪效果明显。
　　在役桥梁移动荷载的初步识别中，以天圆大桥为工程背景，选取了包括车辆单向、双向和并排行驶三种工况。采用Tikhonov正则化方法进行初步识别，通过有限元影响线和实测应变建立识别方程。对于测点应变的选择，主梁顶板加劲肋处测点应变的影响线短、峰值突出，荷载反映敏感，为最佳选择。另外，识别误差来源较多，例如:荷载识别影响线，应变片敏感性，车辆轴重、速度和轨迹等。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 桥梁移动荷载识别国内外现状

1．3 移动荷载识别优化算法

1．4 本文研究内容

第二章 荷载识别和Tikhonov正则化方法

2．1 荷载识别理论和识别方程的病态问题

2．2 Tikhonov正则化方法

2．2．1 Tikhonov正则化方法理论

2．2．2 正则化参数的选择

2．3 方法应用和算例

2．4 本章小结

第三章 移动荷载识别的实验研究

3．1 弹性薄板的荷载识别理论

3．2 实验研究

3．2．1 实验过程和结果

3．2．2 Tikhonov正则化数值计算

3．3 移动荷载识别的参数分析

3．3．1 荷载数量影响

3．3．2 环境噪声影响

3．4 本章小结

第四章 在役桥梁移动荷载的初步识别

4．1 天圆大桥简介和监测系统的构成

4．2 荷载识别有限元影响线

4．2．1 有限元模型和测点布置

4．2．2 测点影响线选择

4．3 Tikhonov正则化方法的移动荷载识别

4．3．1 移动荷载识别(工况1)

4．3．2 移动荷载识别(工况2)

4．3．3 移动荷载识别(工况3)

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文