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[博士]復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)移動荷載識別的理論與試驗研究
內(nèi)容簡介
[博士]復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)移動荷載識別的理論與試驗研究 學(xué)科專業(yè):結(jié)構(gòu)工程 授予學(xué)位:博士 學(xué)位授予單位:天津大學(xué) 學(xué)位年度:2006 橋梁受移動車輛荷載的反復(fù)作用及超載運輸?shù)挠绊懀瑯O易發(fā)生疲勞、損傷甚至破壞,嚴(yán)重影響著其正常的使用壽命;橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)也要求對環(huán)境荷載進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。因此,識別橋梁上移動車輛荷載,對橋梁的健康監(jiān)測和日常維護(hù)以及交通規(guī)劃等都具有重要的理論意義和工程價值?! ? 本文對多跨連續(xù)梁橋、空間梁橋和曲線箱梁橋等復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)上的移動荷載識別理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要研究工作與創(chuàng)新成果包括以下幾個方面: (1)基于模態(tài)疊加法和連續(xù)梁固有振動的精確解,建立了移動荷載作用下的等截面連續(xù)梁運動方程。利用樣條函數(shù)逼近法逼近橋梁的動力響應(yīng),結(jié)合Tikhonov正則化方法和奇異值分解(SVD)得到了荷載識別的正則解?! ? (2)針對結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的橋梁,采用五次Hermitian插值函數(shù)作為單元形函數(shù),建立了橋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型。在模態(tài)空間內(nèi),利用Che飾shev正交多項式作為響應(yīng)和荷載的時間有限元形函數(shù),基于加權(quán)殘值法,建立了移動荷載識別的時間元模型。并利用截斷奇異值分解的正則化方法,得到移動荷載的穩(wěn)定解?! ? (3)針對公路與城市立交中普遍采用的空間梁橋結(jié)構(gòu),建立了橋梁移動荷載識別的空間梁格模型。利用橋梁離散振型,由樣條函數(shù)逼近法與截斷奇異值分解正則化方法得到了移動荷載識別的穩(wěn)定解,其中采用以模態(tài)置信度準(zhǔn)則(MAC)矩陣為目標(biāo)函數(shù)的逐步積累法對測點布置進(jìn)行優(yōu)化?! ? (4)針對曲線箱梁橋,基于剪力柔性梁格法建立了曲線箱梁橋的梁格模型,分析了車橋相互作用。采用三角位移函數(shù),基于平衡法,一推導(dǎo)了一種考慮剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量的新型曲梁單元。根據(jù)拉格朗日定理,建立了空間車輛模型,基于逆傅立葉變換法生成了4種等級的橋面不平度?! ? (5)提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁移動荷載識別方法。采用分階段識別技術(shù),分步對車輛的位置、車速、車距及荷載進(jìn)行識別。分別采用正交設(shè)計方法、正則化方法和遺傳算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本集設(shè)計、訓(xùn)練方法以及初始權(quán)值進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。 (6)在試驗室內(nèi)制作了一根2m長的簡支鋼梁模型和模型小車,考慮了相似條件。對模型梁的彎曲剛度、應(yīng)變測量和車速進(jìn)行了標(biāo)定。試驗得到模型梁的前4階振型和模態(tài)參數(shù)。通過測得的應(yīng)變及模態(tài)參數(shù),對本文所建立的幾種橋梁移動荷載識別方法進(jìn)行了驗證和參數(shù)分析。
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