基于不完备测量信息的荷载与结构参数同步识别时域新方法

The structural system is complicated. Polluted incomplete measurement information of input and output would be used in the process of structural health monitoring. The structure performs with time-variant characteristic even nonlinearity under the extreme large excitation. The structural load and parameter would have coupling influence on structural response. Therefore, the identification of one aspect of excitation and parameter would lead to inaccuracy. Considering the factors above, the current condition assessment could not obtain satisfactory results for practical engineering sometimes. In this project, a simultaneous identification methodology is proposed with incomplete measurement of structural input and output. Firstly, a new linear structural load identification method is proposed with average-acceleration discrete algorithm. With the consideration of the energy conservation on each discrete time step, this method would be extended to time-variant or nonlinear structures. Secondly, a constrained regularization method is proposed for parameter identification of linear structure. With the combination of constrained regularization method and extended kalman estimator or unscented kalman filter, the parameter identification method can also be used for nonlinear structural system. Thirdly, a two-stage iterative identification strategy is investigated with the simultaneous identification of structural load and parameter proposed before. The influence of the structural response from load and parameter is decoupled in state space for linear and nonlinear structure with each corresponding methods. Finally, experimental studies and monitoring data from practical engineering structures will validate the proposed methodology.

土木工程结构复杂，在健康监测过程中结构输入、输出测量信息有限，易被噪声污染；极端荷载作用下结构常呈现时变、非线性特性；荷载和参数对结构响应具有耦合影响，单一方面的识别难以获得准确结果。以上因素使现有的识别方法在工程应用中有时难以取得理想效果。本项目基于不完备测量信息研究结构参数和荷载的同步识别方法。首先，基于平均加速度离散化提出一种时域的线性荷载识别方法，通过在离散时间点的能量守恒使该方法可扩展用于非线性结构的荷载识别。其次，提出约束的正则化方法并应用于线性结构参数识别。将约束正则化方法与扩展的卡尔曼、隐性卡尔曼估计相结合进行时变、非线性结构参数估计。而后，研究"两步法"时域复合反演的识别策略，结合本项目提出的荷载识别方法和参数识别方法在状态空间进行解耦，分别提出适用于线性结构和非线性结构的荷载与参数同步识别的时域新方法。最后，利用模型试验和实际结构的健康监测数据验证所提方法。

土木工程结构复杂，在健康监测过程中结构输入、输出测量信息有限，易被噪声污染；极端荷载作用下结构常呈现时变、非线性特性；荷载和参数对结构响应具有耦合影响，单一方面的识别难以获得准确结果。本项目基于不完备测量信息研究结构参数和荷载的同步识别方法。首先，本项目基于平均加速度离散化算法提出一种时域的线性荷载识别方法，通过框架结构的数值仿真分析和隔震结构的振动台试验验证了所提方法的有效性，研究结果表明，所提方法有较好的抗测试噪声、观测噪声的能力。其次，本项目提出了考虑结构参数物理意义的结构识别方法，包括约束的正则化方法、约束的UKF方法。本研究进行了线性结构与时变、非线性结构的参数估计，研究了所提方法的精度和稳定性，研究结果表明，本项目所提的考虑物理参数约束的识别方法能较好的改善识别过程的稳定性，保证结构参数识别准确性。而后，本项目研究了“两步法”时域复合反演的识别策略，结合本项目提出的荷载识别方法和参数识别方法在状态空间进行解耦，分别提出适用于线性结构和非线性结构的荷载与参数同步识别的时域新方法。最后，研发了无线传感振动测试系统，利用模型试验和实际结构的健康监测数据验证所提方法。本项目所提方法在一定程度上减少了荷载识别过程中的未知数个数，提高了荷载、参数识别的精度和稳定系。