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基于内力重分布效应的桥梁损伤预警方法研究
| 论文题名： | 基于内力重分布效应的桥梁损伤预警方法研究 |
| 关键词： | 混凝土箱梁桥;内力重分布;车辆荷载;LSTM网络;损伤预警 |
| 摘要： | 混凝土箱梁桥具有良好的结构性能，其经济性高、技术成熟，因而成为了已建成中小跨径桥梁中最普遍的桥梁形式。在役混凝土箱梁桥数量庞大，监测、评估与维护工作面临着巨大的压力。因此，为了准确把握该类桥梁服役期内的健康状况，实现及时的损伤识别和预警，本文以泗安塘大桥三个月的动应变监测数据为基础，使用长短时记忆神经网络开发了一种基于内力重分布效应的桥梁损伤预警方法。具体成果如下： 首先，基于结构力学方法建立了基于内力重分布的桥梁损伤评估理论分析模型，推导了三跨连续梁模型上两个点位之间的应变比值函数。然后分别从理论分析和简化的数值算例两个层面考察了结构损伤引起的内力重分布对结构响应相关性的影响，从而从理论推导层面验证了基于内力重分布的桥梁结构损伤评估方法的理论可行性。 然后以监测数据为驱动，从原始动应变中提取出车致应变；使用长短时记忆神经网络对车致应变数据做了相关性分析，建立了车辆荷载作用下桥梁不同测点内力响应的单输入相关性模型，并讨论了深度学习模型的优化方法；进一步，构建了回归性能稳定的多输入相关性网络模型，实现了桥梁任意测点间车致响应的高精度互馈预测。 为实现可能的损伤模拟，建立了泗安塘大桥的精细有限元分析模型，并进行随机车辆荷载加载计算，得到了有损工况和无损工况下桥梁的车致应变数据；使用无损工况数据建立随机车辆荷载作用下车致响应相关性的深度学习模型。在此基础上提出了基于车致响应相关性的单测点损伤评估指标，讨论了无损状态下单测点损伤评估指标的稳定性，以及混凝土梁截面损伤和预应力损失两种损伤状态下单测点损伤评估指标的变化特征和变化程度，从而验证了两种损伤工况下单测点损伤评估指标的可行性。 为增强指标的可靠性，在单测点损伤评估指标的基础上构造了多测点损伤评估指标，建立了基于多测点数据的结构损伤评估指标体系；通过对评估指标体系的稳定性分析和损伤区分度分析确定桥梁结构损伤评估的综合评定方法，再利用长期实测数据和数值模拟数据综合验证了该方法的稳定性和有效性；设定损伤预警条件是同时刻有3/4及以上的损伤评估指标超限，并给出了后续实测数据的损伤预警流程。 |
| 作者： | 张耘 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 丁幼亮;夏叶飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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