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基于支持向量机的内河架空直立式码头损伤诱因反演
| 论文题名： | 基于支持向量机的内河架空直立式码头损伤诱因反演 |
| 关键词： | 内河架空直立式码头;损伤诱因;反演模型;支持向量机 |
| 摘要： | 架空直立式码头因其拥有刚度大，整体性好，对水位变幅适应能力强，装卸效率高等优点，已成为内河港口码头的重要结构形式之一。并广泛应用于三峡库区，山区，高原地区等内河流域。而在码头的运营过程中，会长期遭受不良作用的影响，例如船舶撞击、岸坡失稳、材料劣化、船舶系缆力以及码头上方堆载。这些荷载达到一定程度时，就成为了码头的损伤诱因，造成不良后果，从而导致结构承载力下降并带来安全隐患。目前，现有的码头结构健康监测方法还是主要集中于损伤后的识别与定位，缺乏的是对损伤不良诱因的前期预警与溯源能力。 因此，在《内河框架直立式码头结构安全长期智能监测关键技术研发及应用》科研项目的支持下，本文针对损伤诱因，以某内河架空直立式码头为研究对象，开展了如下工作： （1）为研究内河架空直立式码头的损伤诱因作用，首先要分析作用在码头结构上的荷载，明确损伤诱因作用的形式和需要反演的指标，而后针对各损伤诱因开展了物理模型试验，获取码头在不同的损伤诱因作用下各桩基的轴向应变，分析码头在三种损伤诱因作用下的应变规律。利用ANSYS梁单元等，建立码头的参数化有限元模型，计算出相同工况下的桩基轴向应变。最后使用物模试验数据和参数化模型数据对比，来修正参数化模型，最终使得两种数据误差保持在10%左右，为样本数据集的有效性提供支撑。 （2）提出反演模型架构，以桩基应变样本数据集作为模型的输入，以损伤诱因的类型、位置及强度等指标作为输出，根据问题类型，确定相应的评估方法和度量指标，构建出基于支持向量机的损伤诱因反演模型。最后对模型预测精度进行评估并验证反演模型的可靠性。 （3）利用修正的参数化有限元模型，大批量的获取桩基应变数据，面向支持向量机的需求，对数据进行归一化和降维处理，以此构建样本数据集。 （4）本文针对失控船撞、超限堆载、岸坡失稳三种损伤诱因进行了反演验证，结果显示：对于损伤诱因类型的反演其精度达到0.987，F1分数达到0.986，召回率为0.987；对于损伤诱因作用位置的反演结果显示精度达到了0.959，F1分数为0.958，召回率也达到了0.960；对于损伤诱因作用强度的反演结果显示R2分数到达0.998，平均绝对误差为2.488，相对误差为0.731，均小于10，表明强度拟合非常成功，不同损伤诱因之间的变分布差异明显，模型对于训练样本集中的数据具有良好的预测效果。 |
| 作者： | 熊聪 |
| 专业： | 水利工程;港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 周世良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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