基于改进时域法的桥梁移动荷载识别以及分布式光纤传感器在荷载识别中的应用

摘要

我国的交通事业蓬勃发展，以及环境的可持续性要求修建大量的桥梁。通过桥梁移动荷载的间接识别可以为桥梁疲劳破坏机理研究，车辆超载控制手段和桥梁设计理论的提高提供很好的技术支持。 而当前的桥梁移动荷载间接识别技术仍停留在理论和试验研究的阶段，离实际的推广应用还有较长的路要走。首要面对的两大难题就是测量技术的提高和识别模型的改进，涉及较多的学科。为此本文引进了新型的分布式光纤传感技术以及改进的模态时域分析方法和模态选取的概念，拟作下面几项工作： (1)对于将分布式光纤传感器引入到桥梁移动荷载的识别中的可行性进行了分析。并对将该技术引入需面对的问题和解决问题的思路进行了理论建构。因为分布式光纤传感器具有非常好的灵敏度，可以实现实时监测；分布具有连续性，改善了散点测量的信息的全面性；采用光信号代替原有的电讯号提高了抗噪声干扰能力，提高了信噪比。而且在其他领域的研究提供了大量的有价值的相关资料。这些都为分布式光纤传感在桥梁移动荷载间接识别中的应用提供了很好的支持。但无论是理论研究和实践都很缺乏，需要结构研究和测控技术研究的密切配合。 (2)由于传统的模态正分析的模态截取的方法在应用到移动荷载识别这类反问题时由于客观的各类误差会引起识别溢出的病态，因此从信噪比的角度引入模态选取的方法，并提出识别的准则和公式。通过一个算例证明该方法的可行性和工程应用价值。 (3)通过构建一个简单桥梁模型，对ITDM法的工程应用进行了研究。基于相对百分误差，对基函数的数量、模态数、测点数及测点位置和运行时间等参数对荷载识别的影响作了定性和定量分析。通过研究得出结论，基函数数量的增加可以改善识别精度，同时也增加了识别的时间，而且在上下桥的瞬间出现基函数越多误差越大的现象；随着选取的模态数量的增加误差先减小后增加；测点数目越多，识别结果越好；可以通过增加测点数而不增加识别时间来提高识别精度。

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第一章 绪论

1.1桥梁结构移动荷载识别研究的概念和意义

1.2国内外桥梁移动荷载识别的发展及现状

1.3本文研究的内容及目标

第二章基于改进时域法的桥梁移动荷载识别理论基础

2.1 IMI法、TDM法、FTDM法和IMII法

2.2多自由度体系主振型的正交性及模态叠加理论

2.3基于矩量法的改进时域算法

2.4狄拉克函数

第三章分布式光纤传感器在桥梁荷载识别中的应用可行性分析

3.1分布式光纤传感器的原理和特点

3.2 BOTDR技术应用于桥梁移动荷载识别需要解决的问题和技术路线

第四章桥梁移动荷载识别模态选取法的概念和准则

4.1模态选取的概念

4.2模态选取的准则

4.3模态选取的算例分析

第五章桥梁移动荷载ITDM法仿真试验及参数研究

5.1建立结构模型并作模态分析

5.2移动荷载识别及其参数研究

第六章结论和建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢