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原文传递损伤诱因组合作用下的架空直立式码头反演分析

论文题名：	损伤诱因组合作用下的架空直立式码头反演分析
关键词：	架空直立式码头;损伤诱因组合作用;反演模型;神经网络
摘要：	架空直立式高桩码头具有适应大水位变幅、泊稳条件好、耐久性强等优点，广泛应用于重庆地区大型码头结构。在码头运营过程中，易受到岸坡失稳、地基不均匀沉降、失控船撞、不规范系泊等多种不利因素共同影响，进而造成码头结构损伤机理复杂，难以识别等问题。现有研究局限于码头结构在单一损伤诱因作用下的研究，不足以满足实际工程中码头在复杂受力条件下损伤诱因的溯源与预警需求，因此本文针对失控船撞与岸坡失稳对码头结构的组合作用开展反演研究，弥补了损伤诱因组合作用下的架空直立式码头反演这一空白。　　在重庆市重大工程科研项目“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”支持下，针对架空直立式高桩码头损伤诱因组合作用下的反演，开展了如下研究工作：　　（1）针对架空直立式码头的典型结构型式及特点，研究了损伤诱因组合的作用位置、作用强度等指标。利用结构有限元数值仿真模拟方法，建立了与码头缩尺物理模型同尺度的数学模型，对码头桩基进行统一编号，确定码头结构的应变数据采集区，开展架空直立式码头在损伤诱因组合作用下的应变分析，揭示了失控船撞与岸坡失稳两种损伤诱因组合作用下的码头桩基轴向应变受力特性，采用敏感性分析方法，选取合理桩基作为物理模型试验的轴向应变数据采集桩基，为反演模型训练集的构建提供有力支撑。　　（2）面对构建架空直立式码头损伤诱因反演测试集的需求，明确了反演的基本思路，搭建了物理模型试验系统，确定了合适的物理模型几何参数与应变数据采集系统，制定了准确有效的荷载加载方案，选择了合适的应变传感方法。通过分析比较岸坡试验与组合试验，结果发现损伤诱因组合作用中，相较于船舶撞击作用而言，岸坡作用对后排桩基的作用更为明显；物理模型与数学模型的数据进行精度验证，结果表明总体平均相对误差仅为15.8%，数学模型的数据做训练集，物理模型的数据做测试集的可行性有保证。　　（3）为凸显应变数据的特征，加快反演模型的训练速度，使用主成分分析将样本数据集降维至三维，针对现有的深度学习方法开展网络结构适用性分析，选取BP神经网络模型作为算法核心搭建损伤诱因组合作用下的反演模型，明确了反演样本训练集与反演样本测试集的数据来源，通过合理的调参方式优化模型参数，针对位置反演与强度反演的不同需求，构建含有数量不同隐含层的前馈神经网络模型，构建了适配架空直立式码头在损伤诱因组合作用下的位置反演以及强度反演的算法框架。　　（4）利用BP神经网络反演模型对架空直立式码头损伤诱因组合作用进行了反演，通过调整参数全连接层的层数以及参数Dropout置零率的大小，得到基于样本数据集的损伤诱因位置反演最大正确率可达0.94，汉明损失指标与精度相同，强度反演的R2值最大约为0.92，反演模型可以很好的识别损伤诱因组合作用的位置，损伤诱因组合作用下的船舶撞击力强度以及岸坡失稳作用强度。最后基于损伤诱因反演可视化窗口，精确展示损伤诱因组合作用中的船舶撞击力撞击强度以及撞击位置，为实际工程中后续可视化软件的开发提供了初步的思路。
作者：	杨逍驰
专业：	水利工程
导师：	吴俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023