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基于BP神经网络的移动荷载识别方法研究

张策萍  
【摘要】: 近年来世界各地灾难性的桥梁工程事故频频发生,这些事故的发生引发了人们对桥梁结构“健康”问题的广泛关注。工程结构的实际性态将随结构的使用而改变,如材料老化、疲劳断裂等,这将导致桥梁的承载力下降,安全性受到威胁,由此结构健康监测(Health Monitoring)成为当今桥梁工程研究的一个热点问题。移动荷载识别作为桥梁结构健康监测中的基础环节,是决策者进行结构安全评估和决策的重要依据,正确评定桥梁结构的实际受力状况,是保证桥梁结构安全可靠的基本前提。 本文首先介绍了移动荷载识别的原理和方法,在此基础上提出了一种新的移动荷载识别方法,即基于BP神经网络技术的方法,引入时间变量作为网络输入的一维,得到了移动荷载的有效识别方法。通过对桥梁在移动荷载作用下的动力响应的分析,设计了用于识别移动荷载的BP神经网络结构,并将其应用于简支梁及连续梁上移动荷载的识别当中。 1以简支梁桥为研究对象,将梁桥简化为欧拉-伯努利梁,建立移动荷载作用下的强迫振动方程,根据模态叠加原理,得到桥的动力响应,导出由结构的动力响应识别移动荷载的方程,阐述移动荷载识别的基本原理。 2通过数值计算,得到移动荷载作用下简支梁桥的动力响应解析解,分析了在单个力及两个力、常量力及时变力等不同荷载形式作用下跨中测点的各阶位移响应及不同位置测点的动力响应。 3以时间t和动力响应为网络输入,移动荷载为网络输出,建立移动荷载识别的BP神经网络,分别对简支梁和连续梁上的移动荷载进行识别,分析和比较各种输入参数的学习和识别效果,并讨论各种参数对识别效果的影响。 本文提出的研究方法和计算分析成果,将为桥梁结构移动荷载识别的智能化提供一定的参考,也为桥梁结构的损伤识别和健康监测建立一定的基础。


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