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基于信号分析与混合算法的两阶段桥梁损伤识别研究
| 论文题名： | 基于信号分析与混合算法的两阶段桥梁损伤识别研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;损伤识别;信号分析;混合算法 |
| 摘要： | 结构损伤识别一直是国内外学者与工程人员的研究热点，对评估结构状态具有重要意义。经过长足探索和发展，损伤识别领域仍然存在一些有待解决的问题。 因此在兼顾抗噪性与稳定性的基础上，提出一种能够实现损伤判别和量化的识别方法是十分必要的。针对上述问题，本文提出了一种基于信号分析与混合算法的判别-量化两阶段桥梁损伤识别方法。主要研究内容与成果包括： （1）基于标准鲸鱼优化算法引入非线性收敛因子、自适应权重和模拟退火策略3种改进策略，提出了混合鲸鱼退火算法。测试函数分析表明：混合鲸鱼退火算法寻优结果的平均值和标准差明显优于原始算法，改进算法的寻优性能和稳定性有了显著提高； （2）基于变分模态分解和信息熵理论，提出优化变分模态分解和互相关样本熵，并建立了一种结构损伤判别方法。仿真信号分析结果表明：不合理的预设参数对变分模态分解结果影响较大；互相关样本熵的性能优于样本熵。ASCE-Benchmark结构验证结果表明：优化变分模态分解能较好地提取信号特征，本文损伤判别方法能准确判别结构服役状态，对初期损伤较为敏感，且在噪声下性能稳定； （3）通过优化变分模态分解和随机减量技术获取结构模态参数，并引入加权系数和Lp范数约束，构建了加权模态稀疏识别因子。参数分析结果表明：在合理的正则化参数与稀疏约束组合下，识别精度的提升最为显著。建立了一种基于混合鲸鱼退火算法和稀疏约束的损伤量化方法，ASCE-Benchmark结构验证结果表明：本文损伤量化方法能准确识别损伤位置和程度，且具有一定的抗噪性； （4）结合前述方法建立了一种判别-量化两阶段桥梁结构损伤识别方法：首先判别结构服役状态，随后对损伤进行定位定量。固结钢板梁实验结果表明：两阶段方法能首先准确判别结构服役状态随后识别结构损伤位置和程度，对初期损伤较为敏感且具有较好的抗噪鲁棒性。三跨连续梁桥仿真分析结果表明：两阶段识别方法能辨别结构服役状态的细微变化并准确量化损伤；随损伤程度加重，识别成功率逐渐提高。 |
| 作者： | 吕昊 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 冯仲仁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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