基于UKF的橋梁空間結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)受自然環(huán)境和人為等因素的影響，在正常使用期間會(huì)出現(xiàn)損傷，并會(huì)隨時(shí)間逐步積累，最終可能導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。在事故發(fā)生前通過結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷，掌握結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，對于保障結(jié)構(gòu)安全、預(yù)防突發(fā)事故具有重大價(jià)值。
　　在眾多損傷識(shí)別方法中，基于UT變換的無跡卡爾曼濾波方法（UKF）是一種遞推型的模型修正方法。與傳統(tǒng)時(shí)域方法相比，UKF可以通過遞推的方式得到狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)；與擴(kuò)展卡爾曼濾波方法相比，對于非線性系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別問題，

2、不需要求解復(fù)雜的雅克比矩陣且具有更高的精度。
　　針對UKF在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別反問題中存在的不適定性，本文基于偽測量技術(shù)提出了結(jié)合l p范數(shù)正則化的UKF方法，可以有效利用不同類型的橋梁損傷先驗(yàn)信息來提高損傷識(shí)別效果；并以此為基礎(chǔ)將結(jié)合正則化的UKF應(yīng)用到考慮空間特性的橋梁損傷識(shí)別中。具體的研究工作如下:
　　(1)利用模態(tài)坐標(biāo)代替結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)構(gòu)建UKF的狀態(tài)向量，采取模態(tài)截?cái)嗉记捎行Эs減狀態(tài)向量維數(shù)；并將損傷參數(shù)添加到狀態(tài)向量

3、當(dāng)中，構(gòu)造結(jié)構(gòu)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)參數(shù)混合識(shí)別問題；進(jìn)而利用結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)觀測值，通過遞推計(jì)算在得到狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)的同時(shí)識(shí)別損傷。
　　(2)為充分利用人工巡檢等方式得到的橋梁損傷先驗(yàn)信息，本文基于偽測量技術(shù)，提出將UKF結(jié)合l p范數(shù)正則化方法識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷。根據(jù)結(jié)構(gòu)的損傷特點(diǎn)可以選擇不同的正則化方法，有效緩解了反問題求解的不適定性，提高了損傷識(shí)別的精度。論文首先以簡支梁為代表的數(shù)值算例對兩種lp正則化方法進(jìn)行了比較，分析了不同正則化方法的識(shí)

4、別效果和適用的損傷情況；進(jìn)而考慮具有局部損傷特點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以平面桁架為代表重點(diǎn)驗(yàn)證了結(jié)合l1范數(shù)正則化的UKF方法有效性。
　　(3)在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別分析中，簡化的梁式結(jié)構(gòu)是目前最為常見的分析模型；但實(shí)際的橋梁都是三維結(jié)構(gòu)，具有空間特性。考慮空間橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)變形、損傷分區(qū)和測點(diǎn)布置跟一維梁式結(jié)構(gòu)都有很大的區(qū)別。論文選取板梁橋和 T型梁橋兩種代表性橋梁作為研究對象，進(jìn)行損傷識(shí)別的研究。首先利用ANSYS建立了具有空間特性的板梁橋結(jié)