基于L-M算法的移动载荷识别数值分析与研究

【摘要】：桥梁在服役期间不断承受移动载荷作用,准确评估桥梁结构的载荷承受状况是结构安全服役的有效保障。移动载荷识别技术作为桥梁健康监测技术的重要分支,能帮助决策者清晰了解桥梁结构的真实受力状况,可为桥梁结构的维护和管理决策提供重要的参考。以往研究大多针对确定参数结构进行移动载荷识别分析,对结构参数中的不确定因素考虑不足,但在桥梁建设过程中,制造及安装误差难以避免,结构参数极易包含一定程度的不确定性,结合参数的不确定性,开展移动载荷识别研究具有重要的工程价值和理论研究意义。本文针对移动载荷识别问题,分别以简支梁和斜拉桥结构模型进行了结构响应分析及载荷识别研究,并构建了将不确定参数与模糊隶属度相结合的不确定性问题处理方法。该方法综合考虑了结构参数的不确定性,便于求解结构响应区间的上、下界,为移动载荷区间识别问题提供了一种新思路。本文研究工作主要包含以下几方面:1、针对确定参数的结构模型,构建了移动载荷问题的正反演数值模型。在移动载荷正演分析的基础上,结合L-M算法,构建移动载荷时程化识别数值分析模式,分别以简支梁和斜拉桥数值模型为对象,探讨了载荷形式、载荷移动速度、载荷变化幅度、噪声水平等因素对确定参数结构移动载荷识别效果的影响。此外,编写了相关的数值分析程序,并实现了程序与有限元软件的交互计算分析。2、针对不确定参数的结构模型,构建了移动载荷问题的正演数值模型。引入模糊理论,以简支梁、斜拉桥结构计算模型为基础,将不确定参数模糊化,分析不同隶属度所对应的响应区间。对比分析了不同的不确定参数对结构响应区间的影响,并探讨了多个参数为不确定参数对结构响应区间的影响。3、针对含不确定参数的移动载荷识别问题,开展区间识别数值分析。结合不确定性分析模型以及L-M算法,构建了移动载荷区间识别模式,以含不确定参数的简支梁、斜拉桥结构为对象进行了移动载荷区间识别。分别探讨了不同的参数类型、载荷类型以及不同模糊参数隶属度对区间识别效果的影响,对其规律特点进行了归纳。通过对简支梁、斜拉桥结构进行结构响应分析、载荷识别研究以及不确定问题的正反演数值分析,得到相关参数对结构响应以及载荷识别区间的影响规律,相关研究思路以及研究成果可为后续移动载荷识别的后续进一步研究提供重要的参考依据。