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基于經(jīng)典行作用法的橋面多軸移動荷載的識別方法與流程

文檔序號:12445732閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種基于經(jīng)典行作用法的橋面多軸移動荷載的識別方法,其特征在于:包括以下步驟:

1)、在橋梁底面對應(yīng)位置x1,x2,…xm處分別粘貼m個位移傳感器,測得橋面多軸移動車輛荷載fk(t)在x位置處t時刻的位移為v(x,t),k=1,2,3…,為車輛軸數(shù);

2)、建立車橋系統(tǒng)振動微分方程:取橋梁長度為L,抗彎剛度為EI,橋梁單位長度質(zhì)量為ρ,考慮粘性阻尼并取阻尼系數(shù)為C,忽略橋梁的剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量,橋面多軸移動車輛荷載fk(t)以速度c自梁左端支承處向右移動,則車橋系統(tǒng)的振動微分方程為:

<mrow> <mi>&rho;</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mo>&part;</mo> <mn>2</mn> </msup> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>&part;</mo> <msup> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>C</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&part;</mo> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>&part;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>E</mi> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mo>&part;</mo> <mn>4</mn> </msup> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mo>&part;</mo> <msup> <mi>x</mi> <mn>4</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>&delta;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中δ(x-ct)是狄拉克函數(shù);

方程(1)的邊界條件為:

v(0,t)=0,v(L,t)=0,v(x,0)=0,

3)、對方程(1)求解;

4)、建立橋梁在k軸車輛荷載作用下,由位移響應(yīng)識別多軸移動荷載系統(tǒng)方程:

v(m×1)=S(m×k)·f(k×1) (2)

v(m×1)為移動荷載fk(t)在x1,x2,…xm處的實際位移,且m≥k;S(m×k)為已知的系統(tǒng)矩陣;f(k×1)為所求的k軸移動荷載;

式(2)的離散形式表示為:

其中

5)、采用經(jīng)典行作用法求得多軸移動荷載的精確值;

對車橋移動荷載識別系統(tǒng)方程S·f=v采用經(jīng)典行作用法迭代求解,將車橋移動荷載識別系統(tǒng)矩陣S的轉(zhuǎn)置矩陣ST按列劃分為ST=[s1,s2,...,sn],方程v=S·f可改寫為:

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> <mo>,</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> <mo>=</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> <mo>&Element;</mo> <msup> <mi>R</mi> <mi>n</mi> </msup> <mo>,</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&Element;</mo> <mi>R</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> <mo>,</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> <mo>)</mo> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <msup> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msup> <mo>|</mo> <msub> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>...</mn> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

R是矩陣總集合的一個表示字母,Rn:為一個n行1列的矩陣總集合,si∈Rn即表示si為一個n行一列的矩陣;

可得經(jīng)典行作用法迭代格式,對于若控制序列取作循環(huán)控制,則有:

f(b+1)=f(b)+(vi-(si,f(b)))si (5)

其中f(0)為迭代初值,f(0)可以由最小二乘法得到,由最小二乘法得到的初始移動荷載精度不高,通過不斷迭代讓識別精讀逐漸提高,b為迭代次數(shù),f(b)為方程組解的b次數(shù)值近似解,f(b+1)即為識別的多軸移動荷載。

2.如權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)典行作用法的橋面多軸移動荷載的識別方法,其特征在于:所述的步驟3)中對方程(1)求解的具體步驟如下所述:

基于模態(tài)疊加原理,假設(shè)橋梁的第n階模態(tài)振型函數(shù)為則方程(1)的解表示為:

<mrow> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>&infin;</mi> </munderover> <msub> <mi>&phi;</mi> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>q</mi> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

矩陣形式為:

<mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <mi>&pi;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>sin</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&pi;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>...</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <mi>n</mi> <mi>&pi;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <msup> <mfenced open = "{" close = "}"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <mn>...</mn> </mtd> <mtd> <msub> <mi>q</mi> <mi>n</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

這里n為模態(tài)數(shù),qn(t)(n=1,2…∞)是第n階模態(tài)位移,將方程(12)代入方程(1),并在[0,L]內(nèi)對x進行積分,利用邊界條件和狄拉克函數(shù)特性,車橋系統(tǒng)振動微分方程用qn(t)表示為:

<mrow> <msub> <mover> <mi>q</mi> <mo>&CenterDot;&CenterDot;</mo> </mover> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&xi;</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>n</mi> </msub> <msub> <mover> <mi>q</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&omega;</mi> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>q</mi> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mrow> <mi>&rho;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>p</mi> <mi>n</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>&infin;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

這里為qn(t)的二階導(dǎo)數(shù),、為qn(t)的一階導(dǎo)數(shù),分別為圓頻率、粘性阻尼比和橋面移動車輛荷載模態(tài)表達式;

如車輛共有k個車軸,且第k個車軸到第一個車軸的距離為則方程(14)寫為:

則對應(yīng)m個測點處的模態(tài)位移可通過方程(13)表示為:

橋梁上x1,x2,…xm處的速度通過位移的一次微分求得:

進一步,橋梁上x1,x2,…xm處的加速度通過位移的二次微分求得:

類似地,梁上x1,x2,…xm處的彎矩可利用關(guān)系式求得:

若f1,f2,…,fk為已知k軸車輛各軸對應(yīng)荷載,忽略阻尼的影響,則方程(1)的解可表示為:

<mrow> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <msup> <mi>L</mi> <mn>3</mn> </msup> <mrow> <mn>48</mn> <mi>E</mi> <mi>I</mi> </mrow> </mfrac> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <msub> <mi>f</mi> <mi>i</mi> </msub> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>&infin;</mi> </munderover> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>n</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <mi>n</mi> <mi>&pi;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <mi>n</mi> <mi>&pi;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>&alpha;</mi> <mi>n</mi> </mfrac> <msub> <mi>sin&omega;</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>(</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mi>c</mi> </mfrac> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中

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