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基于动力参数及BP神经网络相结合的桥梁损伤识别

发布时间:2020-11-11 11:16
   随着我国国民经济的发展,在国家“一带一路”共同建设畅通安全高效运输大通道的战略方针指引及满足国民对交通运输出行需求的现状下,国家对桥梁的建设力度也大幅提升。由于桥梁结构长期受到频繁荷载、外界环境以及人为因素的干扰下,桥梁构件出现损伤或功能退化,对桥梁的安全运营及人民生命财产安全产生了极大的威胁,对于桥梁结构损伤识别已经成为工程技术人员的研究热点。本文以现有关于结构损伤识别理论的基础之上,收集国内外桥梁结构损伤乃至倒塌的工程实际案例材料,对目前应用于工程实际中的损伤识别方法进行归纳,总结出各个方法的优缺点。另外,本文提出一种桥梁结构分步识别技术对简支梁桥、拱桥吊杆的损伤位置及损伤程度进行了有效识别,验证了该技术的可行性及有效性。本文基于桥梁结构的动力特性及BP神经网络相结合的方法,对桥梁结构发生损伤的位置及损伤程度进行有效识别。本文共分为四章。第一章绪论,首先介绍了对桥梁结构进行损伤识别研究背景及意义。然后介绍了目前国内外对于损伤识别的研究现状,最后对本论文的研究工作做了概述。第二章介绍了依据桥梁结构的动力特性及BP神经网络进行损伤识别的理论,如何对通过有限元软件获取的结构动力特性数据进行理论计算,提炼出用于对结构损伤识别的敏感参数指标。同时选取合适的动力参数作为BP神经网络的输入样本进行网络的训练。第三章介绍了依据桥梁结构固有频率、振型及节点竖向位移值,对这些动力参数进行理论推导,得到频率差、振型差、位移差曲率等损伤指标。同时将该三项指标应用到简支梁桥及下承式拱桥吊杆损伤损伤中。结果表明,依据结构位移差曲率这一损伤指标能够对结构发生损伤的位置进行精准识别,但对结构发生的损伤程度无法定量判断。第四章介绍了BP神经网络基本原理,提出桥梁分步损伤识别技术。首先依据节点位移差曲率这一损伤指标对结构进行损伤定位,然后运用MATLAB软件建立一三层BP神经网路对结构发生损伤程度进行识别,以结构位移差曲率作为网络的输入向量,结果表明经过训练的网络对吊杆损伤位置的损伤程度做出了有效识别。
【学位单位】:安徽建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2019
【中图分类】:U441
【部分图文】:

示意图,口裂,抗弯刚度,裂缝


图 2-1 结构开口裂缝抗弯刚度示意图吸裂缝当桥梁受到疲劳荷载作用时,会引起梁的呼吸裂缝。有些裂缝会在作用下象,这种裂缝称为呼吸裂缝。当有荷载作用时,裂缝会展开。当荷载作用消又会闭合。这种呼吸裂缝的行为我们可以用在荷载作用过程中弹性刚度从渡到受压状态来进行模拟。J Prawin[53]等应用一种新的无基线算法,使用奇异谱分析进行呼吸裂缝检用奇异频谱分析的主要优点是它能够可靠地提取隐藏在具有呼吸裂缝的噪声分量中的非线性谐波和互调分量。提出了一种基于奇异谱分析的新型指标利用响应中的非线性谐波和互调。进行了数值模拟研究,以评估所诊断算法,并在后来补充实验研究,以证明其实际应用。转弹簧模型当结构发生损伤时,引起裂缝两端节点的转角不相等,可以用一个集中扭拟损伤,如下图 2-2。

示意图,扭转弹簧,裂缝,奇异谱分析


图 2-1 结构开口裂缝抗弯刚度示意图缝梁受到疲劳荷载作用时,会引起梁的呼吸裂缝。有些裂缝会在种裂缝称为呼吸裂缝。当有荷载作用时,裂缝会展开。当荷闭合。这种呼吸裂缝的行为我们可以用在荷载作用过程中弹性受压状态来进行模拟。win[53]等应用一种新的无基线算法,使用奇异谱分析进行呼吸异频谱分析的主要优点是它能够可靠地提取隐藏在具有呼吸分量中的非线性谐波和互调分量。提出了一种基于奇异谱分析标利用响应中的非线性谐波和互调。进行了数值模拟研究,以算法,并在后来补充实验研究,以证明其实际应用。簧模型构发生损伤时,引起裂缝两端节点的转角不相等,可以用一个伤,如下图 2-2。

示意图,竖向振动,简支梁,横向


从上述公式中我们可以得到,当结构发生损伤时,结构刚度减小,曲率当梁受到外部荷载作用发生弯曲时,梁的平面曲线的曲率计算公式为:''3'21(1 )yKy y 为梁受到外部影响发生变形后的位移,由此得到,梁的变形曲率是位移并且有与之相对应的固有曲率分布状态,这种与结构位移模态相对应的固状态我们称之为固有曲率模态振型。它与结构所处环境、外部荷载、初始有任何关联,是振动结构的固有物理性质,具有正交性和叠加性。(2-10)代入式(2-11)中,得到:''MyEI 由公式(2-11)可知,曲率与结构抗弯刚度存在函数关系,他与结构的抗比。当结构发生损伤时,由此导致结构在损伤点处抗弯刚度下降,曲率反而根据曲率函数的变化大致可判断出发生损伤所在的位置。支梁的竖向振动,如下 2-3 图所示:
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本文编号:2879111

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