隨著科學技術和交通事業(yè)的發(fā)展,預應力混凝土梁式橋以其施工簡單、造價經(jīng)濟、受力合理、行車舒適等獨特優(yōu)勢越來越廣泛地被采用,這樣也使得存在損傷與病害的既有預應力混凝土橋梁不斷增多。為保證此類橋梁的安全運營,如何及時有效地進行損傷識別已成為橋梁工程領域的重要研究課題。本文針對預應力混凝土梁式橋存在混凝土開裂嚴重和預應力損失兩個方面的損傷,分別建立裂縫梁單元模型和預應力損失模型,采用人工智能的方法,進行這兩個方面的損傷識別研究,建立了一套預應力混凝土梁式橋的損傷識別體系。主要研究工作包括以下幾個方面: 總結(jié)結(jié)構(gòu)裂縫的幾種常用模型,并在已有研究成果基礎之上,結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)受力特點,增加節(jié)點扭矩荷載作用,采用每個節(jié)點6個自由度,運用斷裂力學理論,建立三維裂縫梁單元有限元計算模型�；舅悸肥菍Я芽p的梁單元看成3段式變剛度裂縫梁單元,其組成為:中間是無厚度的裂縫段,兩邊是無損梁段。裂縫段的描述采用局部柔度矩陣,這個矩陣通過應力強度因子的積分得到;無損梁段的描述與常規(guī)空間梁單元一樣。然后運用傳遞矩陣方法,將3段不同剛度的梁段組合成裂縫梁單元,用于有限元計算。 總結(jié)目前常用的三種預應力損失計算方法:時步分析法,分項總和法和預應力總損失法。提出了混凝土結(jié)構(gòu)中預應力筋的實際有效預應力變化情況存在兩種趨勢:預應力損失與阻滯損失效應,而且預應力損失效應趨勢大于阻滯損失效應趨勢,并假設預應力損失效應呈指數(shù)增長,阻滯損失效應呈線性增長,在結(jié)構(gòu)的整個服役期限內(nèi),表現(xiàn)為構(gòu)件內(nèi)預應力筋預應力損失增長的趨勢。并據(jù)此假設條件建立包含4個參數(shù)和1個時間變量的預應力損失計算數(shù)學模型方程。 概述人工神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法的概念、基本工作原理及其各自特點,以及這兩種人工智能方法在土木工程結(jié)構(gòu)損傷識別中的應用。針對橋梁工程損傷識別這樣的復雜非線性問題,將BP神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法結(jié)合,利用神經(jīng)網(wǎng)絡建立的結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)與響應差的映射關系預測出與之對應的函數(shù)值,代替有限元分析結(jié)果,根據(jù)這個預測的函數(shù)值計算遺傳算法適應度值,對大型橋梁結(jié)構(gòu)的損傷進行參數(shù)識別,并詳述GA-BP算法的實現(xiàn)步驟。 討論預應力混凝土梁式結(jié)構(gòu)的損傷識別基本理論,主要包括構(gòu)件截面的幾何特性計算和損傷識別敏感因子的選取原則。 采用基于人工智能方法的GA-BP算法,運用已經(jīng)建立的裂縫梁單元理論和預應力混凝土損傷識別理論,對預應力T形截面簡支梁橋進行混凝土裂縫的損傷識別,識別出裂縫位置和裂縫深度;對連續(xù)梁橋中跨箱梁預應力束損失進行識別,通過概略識別和精細識別兩階段識別方式,識別出單根預應力束預應力損失模型表達式的參數(shù)值,從而建立該鋼束預應力損失模型方程式。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：U448.35;U441.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第1章 緒論
    1.1 論文的研究意義及其背景
    1.2 論文的研究目的
    1.3 論文的主要研究內(nèi)容
第2章 相關領域研究發(fā)展現(xiàn)狀概述
    2.1 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及損傷識別技術的發(fā)展
        2.1.1 結(jié)構(gòu)損傷檢測的發(fā)展
        2.1.2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的發(fā)展
        2.1.3 結(jié)構(gòu)損傷識別技術的發(fā)展
    2.2 結(jié)構(gòu)損傷識別基本原理與方法
        2.2.1 基于結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)損傷識別
        2.2.2 基于模型修正理論的結(jié)構(gòu)損傷識別
        2.2.3 基于人工智能的結(jié)構(gòu)損傷識別
        2.2.4 基于阻抗技術的結(jié)構(gòu)損傷識別
    2.3 預應力混凝土橋的歷史和發(fā)展及待解決的問題
        2.3.1 預應力混凝土橋的歷史和發(fā)展
        2.3.2 預應力混凝土橋需要解決的問題
    2.4 在役預應力混凝土梁橋的損傷識別現(xiàn)狀
第3章 結(jié)構(gòu)裂縫損傷識別基本理論
    3.1 構(gòu)件裂縫的類型
    3.2 描述構(gòu)件裂縫的幾何參數(shù)
    3.3 結(jié)構(gòu)裂縫損傷基本模型
        3.3.1 短梁單元模型
        3.3.2 有限元模型
        3.3.3 斷裂力學模型
        3.3.4 局部擾動函數(shù)模型
    3.4 基于斷裂力學原理的裂縫梁單元基本理論
        3.4.1 局部柔度表示的裂縫模型
        3.4.2 裂縫梁單元剛度矩陣
        3.4.3 裂縫梁單元法實例驗證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于GA-BP算法的梁式橋裂縫損傷識別
    4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡
        4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡基本概念
        4.1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡基本原理
    4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡的損傷識別方法
    4.3 遺傳算法（Genetic Algorithm-GA）
        4.3.1 遺傳算法工作原理
        4.3.2 遺傳算法的特點
    4.4 遺傳算法的結(jié)構(gòu)損傷識別方法
    4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法相結(jié)合的結(jié)構(gòu)損傷識別方法
    4.6 預應力混凝土梁式結(jié)構(gòu)損傷識別理論
        4.6.1 截面幾何特性計算公式
        4.6.2 損傷識別敏感因子的選取
    4.7 預應力混凝土簡支T形梁橋裂縫損傷識別
        4.7.1 工程概況
        4.7.2 T梁裂縫損傷識別過程分析
        4.7.3 裂縫損傷識別結(jié)果
    4.8 本章小結(jié)
第5章 預應力損失基本理論
    5.1 預應力損失計算方法
        5.1.1 時步分析法
        5.1.2 分項確定預應力損失的方法
        5.1.3 預應力總損失的方法
    5.2 預應力損失的數(shù)學模型
        5.2.1 基本假設
        5.2.2 模型方程推導
        5.2.3 模型方程的性質(zhì)及物理意義
        5.2.4 實例分析
    5.3 本章小結(jié)
第6章 基于GA-BP算法的預應力損失識別
    6.1 工程概況
    6.2 計算模型
        6.2.1 坐標系
        6.2.2 單元劃分
        6.2.3 邊界條件
        6.2.4 荷載
        6.2.5 受力階段的劃分
        6.2.6 數(shù)據(jù)輸入和橋博建模
    6.3 預應力損失的模擬
    6.4 預應力損失的識別過程
        6.4.1 預應力鋼束的分類
        6.4.2 預應力損失識別過程分析
    6.5 橋面線形驗算
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前5條

1 尹駿暉;基于模態(tài)分析理論和改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡的橋梁損傷識別方法研究[D];河北工業(yè)大學;2011年

2 譚雙全;基于敏感性分析的自錨式斜拉—懸吊組合體系橋梁有限元模型修正[D];西南交通大學;2012年

3 胡彩霞;基于GA-BP算法分子蒸餾參數(shù)檢測及預測優(yōu)化的研究[D];長春工業(yè)大學;2012年

4 許會超;聲波信號在鋼結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中的應用研究[D];北京建筑工程學院;2012年

5 胡紹強;基于神經(jīng)網(wǎng)絡的鍋爐燃燒過程的建模分析[D];沈陽理工大學;2012年

本文編號：2881618