基于自适应滤波理论的桥梁预拱度预测与标高控制研究

论文摘要

随着交通事业的高速发展，桥梁工程技术的不断进步，桥梁建设的规模日趋庞大。为了保证大跨径桥梁的施工质量和施工安全，使成桥线形和受力状态符合设计要求，必须对桥梁的施工过程进行监测与控制。由于理论分析和实际施工中误差的不可避免性，对各种误差的处理与分析以及对结构未来状态的预测成为桥梁施工监控的核心任务。论文以德天铁路跨线大桥为工程背景，以梁段标高控制为目标，对改进的自适应卡尔曼滤波理论在桥梁施工预拱度预测中的应用进行了分析探讨。首先，简单介绍了卡尔曼滤波理论的历史与现状。分析了施工监控的必要性，对连续梁桥悬臂施工的国内外发展状况进行了概述。随后，对离散线性系统的基本卡尔曼滤波公式进行推导，归纳分析了卡尔曼滤波的一般特性，针对导致滤波发散的原因分析了相应的解决思路。在此基础上，对Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法和虚拟噪声补偿技术进行详细阐述，结合本文桥梁监控实际，给出实用的改进自适应卡尔曼滤波算法。最后，基于连续梁桥悬臂施工监控的基本理论，设计、实施了德天铁路跨线大桥的施工监控方案。监测施工过程中各梁段的挠度，探讨其变形规律，并为后续梁段的状态预测提供数据基础。从标高控制角度出发，建立了预拱度预测模型，应用改进的自适应卡尔曼滤波算法对后续梁段的状态进行预测估计，调整施工预拱度，指导施工，以达到线形控制的目的，确保合龙顺利以及成桥线形平顺。施工阶段各箱梁底标高控制结果证实，改进的自适应卡尔曼滤波算法计算简单，易于工程实现，在连续梁桥悬臂施工标高控制中的应用是有效的、可靠的。可在其他类型桥梁的施工控制中推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的选题意义
• 1.2 自适应卡尔曼滤波理论研究概况
• 1.3 连续梁桥悬臂施工监控简介
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 线性系统的卡尔曼滤波理论
• 2.1 线性系统的数学模型
• 2.2 离散线性系统的卡尔曼滤波
• 2.3 卡尔曼滤波的一般特性分析
• 2.4 滤波的发散问题及解决思路
• 2.5 小结
• 第三章 自适应卡尔曼滤波技术
• 3.1 Sage-Husa 自适应卡尔曼滤波
• 3.2 虚拟噪声补偿技术
• 3.3 改进的自适应卡尔曼滤波
• 3.4 小结
• 第四章 连续梁桥悬臂施工监控理论
• 4.1 施工控制的目标与内容
• 4.2 施工控制的方法
• 4.3 结构模拟计算方法
• 4.4 施工监测方法
• 4.5 德天铁路跨线大桥施工监控方案
• 4.6 小结
• 第五章 德天铁路跨线大桥的预拱度预测与标高控制
• 5.1 工程概况
• 5.2 预拱度的组成
• 5.3 挠度监测结果分析
• 5.4 预拱度自适应卡尔曼滤波预测法
• 5.5 施工梁段标高控制
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表论文及参与的科研项目