基于数据融合的移动荷载作用下桥梁位移响应重构研究

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移动荷载作用下的桥梁位移是桥梁刚度的直接反映,是桥梁健康监测和状态评估的重要依据。传统位移直接测量方法存在需要固定参考点和测量精度低等局限性,而利用加速度响应或应变响应间接重构位移的方法存在低频部分漂移或中性轴位置确定困难等不足。因此,如何准确、经济和方便地获取移动荷载作用下的桥梁位移,成为了亟待解决的难题。本文以移动荷载作用下的桥梁位移重构为目标,提出了一种基于应变和加速度数据融合的位移重构方法。论文结合加速度和应变重构位移的方法,提出准确确定中性轴校正因子的方法,进一步提出了基于加速度和应变响应数据融合的移动荷载作用下桥梁位移重构方法,并通过数值算例和实验室试验加以验证,最后研究了重构位移在桥梁损伤定位和冲击系数计算方面的应用。论文主要内容如下:(1)详细介绍了传统桥梁位移测试方法的研究现状,以及移动荷载作用下的桥梁位移在桥梁状态评估和健康监测中的作用。(2)首先介绍了基于加速度响应和应变响应重构桥梁位移的方法,并分析了二者的优缺点;结合基于加速度响应和应变响应重构位移的方法,提出了新的中性轴校正因子,实现快速和准确地定位中性轴位置,为提高加速度和应变响应重构位移的精度奠定基础。(3)提出了基于数据融合的移动荷载作用下的桥梁位移重构方法。基于变分原理推导了数据融合方法的控制方程,将移动荷载作用下的桥梁位移分为加速度导出位移和拟静力位移两部分,并设计一低通滤波器从校正后的应变导出位移中提取拟静力位移;给出了基于加速度和应变数据融合的移动荷载作用下的桥梁位移重构流程。通过数值算例和实验室试验验证了所提出的方法的有效性和适用性,并系统研究了传感器数量和位置、测试噪声等因素对重构位移精度的影响。(4)成功地将重构位移应用于桥梁损伤定位和冲击系数计算。研究重构位移中的拟静力位移在桥梁损伤定位和冲击系数计算中的应用,数值算例表明:本文方法提取的拟静力位移用于损伤定位时对于荷载移动速度和损伤数量不敏感,用于计算冲击系数时比传统波峰-波谷法精度更高。
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