基于桥梁仿真长期监测数据的人工智能损伤识别方法研究

发布时间：2021-06-10 21:14

　　长期健康监测系统是当今大跨度桥梁不可或缺的组件之一,桥梁管理部门希望其能确定桥梁结构当前的健康状态,并为桥梁的安全运营和维修决策等提供科学依据。然而,目前桥梁健康监测系统所能够实现的功能与此预设目标相去甚远,其根本原因在于:长期健康监测数据与桥梁结构状态之间呈现十分复杂的非线性关系,尽管目前积累了海量的监测数据,也难以建立监测数据与桥梁结构损伤状态之间的对应关系,从而难以通过监测数据确定桥梁结构的健康状态。如何从海量的长期监测数据提取对损伤敏感的数据特征、进而实现桥梁结构的损伤识别,是一个具有挑战性的前沿课题。本文通过数值实验获得不同类型桥梁结构在大量损伤工况下的监测数据,并基于机器学习算法提出了桥梁结构的损伤识别方法,相比于传统算法提高了损伤识别的灵敏度和精度。论文的主要研究内容及成果如下:（1）基于平面梁和连续刚构桥模型,建立了大量损伤工况下的模拟监测数据库。该数据库不仅可以为论文后续的损伤识别方法研究提供数据基础,而且可以为结构损伤识别领域的科研工作者提供数据支持,便于不同损伤识别方法的对比验证。（2）针对现有损伤识别方法存在的抗噪声能力差、难以适用于实际桥梁损伤识别的难题,探究... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

国外著名的连续刚构桥：（a）Worm

国外著名的连续刚构桥：（a）洛溪

华南理工大学博士学位论文41.1.2服役桥梁面临的安全隐患桥梁是陆面交通运输重要的咽喉和枢纽。桥梁服役过程中必须确保结构安全，以便保证正常的交通运输和人身财产安全。而桥梁结构的损伤是结构本身和人身财产安全的重要威胁。桥梁结构存在先天设计损伤和施工时损伤，也存在长期重复荷载及环境灾害作用下桥体服役过程中新生的损伤。例如，桥梁直接暴露在大气环境下，在温度荷载、随机车载和风载等复杂荷载作用下桥体容易因疲劳出现损伤；环境中受污染水源会腐蚀桥梁材料，导致结构性能退化，承载能力下降，影响桥梁的正常使用，甚至危及桥梁的安全。因此，如何确保桥梁结构的安全运营是一个重要的研究课题，具有极大的社会效益、经济效益和科学意义[8,9]。在大跨度桥梁的兴建和旧桥修复过程中，桥梁结构存在的安全隐患逐渐暴露出来。据统计，欧美国家60万余座桥梁中，占总数46%的桥梁存在着功能缺陷，且功能缺陷的桥梁当中约12万座桥梁存在结构缺陷[10]。如图1-3所示，结构缺陷直接威胁桥梁安全，容易导致桥梁坍塌事故。表1-2展示了国外桥梁重大的坍塌事故、事故原因以及所造成的损失。在美国，由于内部缺陷导致桥梁失效占总数的13%，由于外部自然灾害导致桥梁失效占比63%，人为因素致使桥梁失效占比20%，其他原因占比4%[11]。（a）（b）（c）（d）图1-3国外桥梁坍塌事故：（a）Kanauga吊桥坍塌（b）Hintze-Ribeiro大桥坍塌（c）美国明尼苏达州一桥梁坍塌（d）密西西比河大桥坍塌

【参考文献】：
期刊论文
[1]爆破振动诱发民房结构损伤识别的随机森林模型[J]. 方前程,商丽,商拥辉,宋译.  爆炸与冲击. 2017(06)
[2]基于裂纹诱导挠度的悬臂梁裂纹静力损伤识别[J]. 杨骁,唐珂,黄瑾.  力学季刊. 2017(02)
[3]近15年国内桥梁坍塌事故的原因和风险分析[J]. 易仁彦,周瑞峰,黄茜.  交通科技. 2015(05)
[4]基于健康监测的桥梁结构损伤预后和安全预后研究进展及挑战[J]. 宗周红,钟儒勉,郑沛娟,秦中远,刘琦齐.  中国公路学报. 2014(12)
[5]利用粒子群算法的传感器优化布置及结构损伤识别研究[J]. 赵建华,张陵,孙清.  西安交通大学学报. 2015(01)
[6]基于模型修正的大跨斜拉桥损伤识别方法[J]. 杨小森,闫维明,陈彦江,何浩祥,程建旗.  振动.测试与诊断. 2012(02)
[7]桥梁结构劣化与损伤过程的多尺度分析方法及其应用[J]. 李兆霞,王滢,吴佰建,王春苗,陈志文.  固体力学学报. 2010(06)
[8]基于CACO算法的结构多损伤识别[J]. 余岭,徐鹏.  振动工程学报. 2010(05)
[9]上海长江大桥索梁锚固区疲劳试验研究[J]. 苏庆田,吴冲,何武超.  工程力学. 2010(08)
[10]南京三桥监测系统在特大雪灾中的应用[J]. 郭志明,张光伟,丁鸿志.  公路. 2010(08)

博士论文
[1]基于长期健康监测的连续刚构梁桥的性能分析与演化规律研究[D]. 李英华.华南理工大学 2012



本文编号：3223132