我國經(jīng)濟快速發(fā)展帶動了基礎設施建設熱潮。橋梁作為基礎設施的重要組成部分近些年來也進入了快速建設階段。然而,橋梁經(jīng)過長期使用,由于材料老化和環(huán)境侵蝕,橋梁不可避免地會出現(xiàn)各種損傷情況,導致橋梁事故時有發(fā)生,因而橋梁結構的健康監(jiān)測越來越被人們重視。目前,橋梁監(jiān)測系統(tǒng)多應用于跨徑較大的重要性橋梁,對于中小跨徑橋梁的監(jiān)測方法則相對缺乏。由于中小跨徑橋梁重要性程度低,橋梁監(jiān)測信息不完備,特別是缺少車輛荷載信息,橋梁的結構參數(shù)也往往是未知的,所以亟需研究一種不依賴車輛荷載和橋梁結構參數(shù)的結構健康監(jiān)測方法。本文提出了一種基于橋梁響應相關性的中小跨徑橋梁的監(jiān)測方法。通過車荷載影響線分析,從理論上闡明了橋梁不同位置之間的響應存在不依賴車輛荷載映射關系的機理;應用LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡建立了不同橋梁響應時域數(shù)據(jù)的相關性模型,并開展了不同橋梁損傷對相關性模型預測誤差的靈敏度分析,選擇出適合于中小跨徑橋梁狀態(tài)監(jiān)測的不同位置結構響應相關性模型。本文具體內(nèi)容如下:（1）研究了車輛荷載作用下中小跨徑橋梁不同位置結構響應之間存在相關性的機理。利用橋梁不同位置響應的車荷載影響線,推導了橋梁在單車和多車荷載條件下,橋梁不同位置... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單個車輛荷載作用下的簡支梁

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-12-1/4跨位置處的撓度為：1144()llp=Pfx（2-6）跨中位置處的撓度為：1122()llp=Pfx（2-7）通過公式（2-6），可以由監(jiān)測的橋梁1/4跨徑處的撓度值，反算求得車輛荷載位置xp,再將其代入公式（2-7）,可得：114411()pllxfP=（2-8）11111112244244111(())(())lllllllPffffP==（2-9）式（2-9）表明橋梁1/4跨徑處和跨中位置的撓度響應之間存在不依賴于車輛荷載的相關映射關系，同理也可證明橋梁不同位置之間撓度響應（或其他類型響應）也存在這種不依賴于車輛荷載的相關映射關系。2.2.2多車行駛情況下的結構響應相關性多車行駛情況下的橋梁響應相關性證明設置三個移動集中力（位置未知）和三個橋梁撓度響應測點：1/4跨徑、跨中和3/4跨徑處。主梁的分析模型見圖2-2：圖2-2多個車輛荷載作用下的簡支梁其中P1，P2，P3分別為三個移動集中力，距離橋梁左端的距離分別用xp1,xp2和xp3來表示，l為橋梁的跨度。設fx(xp)表示距左端x處橋梁撓度在單位車輛荷載作用下的影響線。則在上圖所示的車輛荷載作用下，橋梁撓度可以表示為：1/4跨位置處的撓度為：()()()11112123134444pppllll=Pfx+Pfx+Pfx（2-10）

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-14-2.2.3結果分析上述證明過程可以發(fā)現(xiàn)：在單車行駛和多車行駛的情況下橋梁不同位置之間的響應都存在不依賴于車輛荷載僅依賴結構參數(shù)的映射關系。但是，當結構參數(shù)未知時，上述映射關系無法直接顯示表示，所以本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡當中的LSTM（長短時記憶網(wǎng)絡）來對大量不同車輛行駛工況的數(shù)據(jù)進行訓練，建立相關性模型。2.3LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡簡介上一小節(jié)我們證明了在特定的條件下橋梁不同位置響應之間存在著不依賴于車輛荷載僅依賴結構參數(shù)的相關性映射關系。然而，在實際應用中，由于橋梁結構參數(shù)往往未知，無法直接顯示地得到上述相關關系。但是，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)可以實際測量大量橋梁結構響應數(shù)據(jù)，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)中蘊含著上述不同位置結構響應的相關關系；因此，我們可以利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)對橋梁不同位置響應之間的相關性進行建模描述。由于本文的響應數(shù)據(jù)類型為時程數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量較大，所以考慮采用深度學習中解決時序問題作用突出的LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡技術。本文將運用LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡進行監(jiān)測數(shù)據(jù)訓練，建立橋梁不同位置響應之間的相關關系。本節(jié)對LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡做相關的理論背景介紹。在介紹LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡之前，我們首先要介紹RNN網(wǎng)絡（循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡）：RNN網(wǎng)絡是一類以不同時間收集到的數(shù)據(jù)為輸入，在時間的前進方向進行遞歸且所有節(jié)點依次鏈接的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡（見圖2-3[42]）。RNN神經(jīng)網(wǎng)絡之所以可以解決序列問題，是因為它可以記住每一時刻的信息，該時刻隱藏層的信息不僅由該時刻輸入層的信息決定，還由上一時刻隱藏層的信息所決定。但RNN網(wǎng)絡也會產(chǎn)生長期依賴問題，當其所需要的相關信息和當前語句距離較遠的時候，RNN將難以學習到需要的信息。圖2-3RNN神經(jīng)網(wǎng)絡結構圖[42]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于振動響應相關性的簡支梁橋損傷識別方法[J]. 劉習軍,王正飛,張素俠.  實驗力學. 2019(01)
[2]基于結構響應健康檢測技術在蕪湖長江大橋狀態(tài)評估中的應用[J]. 王金山,劉繼琛.  上海鐵道科技. 2018(03)
[3]基于跨中位移影響線的箱梁損傷定位研究[J]. 張珂苑,藺鵬臻.  鐵道建筑. 2016(10)
[4]杭州灣跨海大橋結構健康與安全監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 于興泉,彭大鵬,金耀.  公路. 2015(06)
[5]蘇通大橋結構健康監(jiān)測實踐與思考[J]. 許映梅.  公路. 2013(05)
[6]一種利用車激橋梁響應的互相關函數(shù)識別橋梁損傷的方法[J]. 安寧,夏禾,戰(zhàn)家旺.  北京交通大學學報. 2012(06)
[7]中小橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]. 陶祥林,雷震.  交通標準化. 2010(20)
[8]蘇通大橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)設計[J]. 余波,邱洪興,王浩,郭彤.  地震工程與工程振動. 2009(04)
[9]東海大橋橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設計[J]. 張敏,楊志芳,朱利明.  橋梁建設. 2006(02)
[10]橋梁結構健康監(jiān)測技術研究進展[J]. 孫曉燕.  中外公路. 2006(02)

博士論文
[1]橋梁健康監(jiān)測與工作模態(tài)分析的理論和應用及系統(tǒng)實現(xiàn)[D]. 秦世強.西南交通大學 2013
[2]結構健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)壓縮采樣與損傷識別融合方法[D]. 鮑躍全.哈爾濱工業(yè)大學 2009

碩士論文
[1]基于長短時記憶網(wǎng)絡的股市量化分析[D]. 崔萌萌.云南財經(jīng)大學 2019
[2]基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡的橋梁局部響應相關性建模方法[D]. 馮輝.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]基于橋梁長期健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的時變可靠度分析與壽命預測[D]. 雷秀強.華南理工大學 2015
[4]中小跨徑橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究及其應用[D]. 陳宇哲.湖南大學 2014
[5]重慶石板坡長江大橋復線橋健康監(jiān)測系統(tǒng)方案研究[D]. 翟影.重慶大學 2006



本文編號：3274212