Development of high-precision estimation method of uncertainty in Bayesian structure inverse analysis

贝叶斯结构逆分析中不确定性高精度估计方法的研制

• 批准号: 22H01579
• 负责人: 松岡 弘大
• 金额: $ 10.07万
• 依托单位: Railway Technical Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01579/
• 关键词: ベイズ更新; 構造逆解析; 不確実性; データ取得戦略; 構造モデル更新; ベイズ推定; MCMC法; 不確実性推定; 鉄道橋

列車通過時の橋りょう波形に基づき構造モデルのパラメータおよびその不確実性を推定するため、実橋での計測と列車通過波形の整理を行った。また、波形に基づく構造モデルのパラメータおよびその不確実性推定手法として、ベイズ推定を改良した二段階サンプリング法を検討した。さらに、構造モデル推定に必要となる構造解析の高速化を検討した。各実施内容の詳細は以下の通りである。本研究の検証に必要となる測定データとして、3種類の異なる橋りょう（コンクリート桁、合成桁、トラス橋）の列車通過時の変位波形および最大変位の計測を実施した。また、同時に実施した加速度計測で得られた多点加速度応答に基づき、振動モードの同定を行い、部材レベルの振動モードを同定した。測定データに基づく構造モデルパラメータ（固有振動数、単位長質量、モード減衰比）の推定手法として、通常のベイズ推定に加え、パラメータの不確実性のみを再度推定する二段階サンプリング法を構築した。特に、二段階目のサンプリング法として広域探索のためのベイズ推定法の一つであるレプリカ交換マルコフ連鎖モンテカルロシミュレーション（レプリカ交換MCMC）法を用いることで，推定効率の向上を図った。上記の推定に要する計算時間を短縮するため、多点支持梁モデルの理論解を導出し、これを利用した列車通過時の橋りょう応答の高速計算アルゴリズムを開発した。実橋りょうの計測結果と比較し、挙動が複雑な連続桁でも高精度かつ高速（有限要素法の10倍程度）に、列車通過時の橋りょう波形を計算できることを確認した。

The train passing waveform is based on the structure of the bridge and the measurement of the train passing waveform. The method of estimating the inaccuracy of the basic structure of the waveform is discussed. In this paper, we discuss the speed-up of structural analysis for structural estimation. The details of each implementation are as follows: This study is necessary to measure the waveform of train passing time and the maximum position of three kinds of bridges (bridge, composite bridge and bridge). In addition, simultaneous acceleration measurements are performed to determine the basis, vibration, and vibration of components. The estimation method for determining the basic structure of vibration (natural vibration number, unit length and mass, and attenuation ratio) is constructed by the two-stage separation method. With the introduction of the special and second-stage support scheme method and the large-scale domain exploration method, the estimation efficiency has been improved. The calculation time of the above estimation is shortened, the theoretical solution of the multi-point support beam is derived, and the high-speed calculation of the bridge when the train passes is developed. Comparison of measurement results, high accuracy and high speed (10 times of finite element method), calculation of bridge waveform when train passes through