基于人工智能方法的預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋損傷識別研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)和交通事業(yè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋以其施工簡單、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、受力合理、行車舒適等獨(dú)特優(yōu)勢越來越廣泛地被采用，這樣也使得存在損傷與病害的既有預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁不斷增多。為保證此類橋梁的安全運(yùn)營，如何及時(shí)有效地進(jìn)行損傷識別已成為橋梁工程領(lǐng)域的重要研究課題。本文針對預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋存在混凝土開裂嚴(yán)重和預(yù)應(yīng)力損失兩個(gè)方面的損傷，分別建立裂縫梁單元模型和預(yù)應(yīng)力損失模型，采用人工智能的方法，進(jìn)行這兩個(gè)方面的損傷識別研究，建立了一套預(yù)應(yīng)力

2、混凝土梁式橋的損傷識別體系。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面： 總結(jié)結(jié)構(gòu)裂縫的幾種常用模型，并在已有研究成果基礎(chǔ)之上，結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，增加節(jié)點(diǎn)扭矩荷載作用，采用每個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度，運(yùn)用斷裂力學(xué)理論，建立三維裂縫梁單元有限元計(jì)算模型。基本思路是將帶裂縫的梁單元看成3段式變剛度裂縫梁單元，其組成為：中間是無厚度的裂縫段，兩邊是無損梁段。裂縫段的描述采用局部柔度矩陣，這個(gè)矩陣通過應(yīng)力強(qiáng)度因子的積分得到：無損梁段的描述與常規(guī)空間梁

3、單元一樣。然后運(yùn)用傳遞矩陣方法，將3段不同剛度的梁段組合成裂縫梁單元，用于有限元計(jì)算。 總結(jié)目前常用的三種預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法：時(shí)步分析法，分項(xiàng)總和法和預(yù)應(yīng)力總損失法。提出了混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力變化情況存在兩種趨勢：預(yù)應(yīng)力損失與阻滯損失效應(yīng)，而且預(yù)應(yīng)力損失效應(yīng)趨勢大于阻滯損失效應(yīng)趨勢，并假設(shè)預(yù)應(yīng)力損失效應(yīng)呈指數(shù)增長，阻滯損失效應(yīng)呈線性增長，在結(jié)構(gòu)的整個(gè)服役期限內(nèi)，表現(xiàn)為構(gòu)件內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力損失增長的趨勢。并據(jù)此假設(shè)

4、條件建立包含4個(gè)參數(shù)和1個(gè)時(shí)間變量的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算數(shù)學(xué)模型方程。 概述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的概念、基本工作原理及其各自特點(diǎn)，以及這兩種人工智能方法在土木工程結(jié)構(gòu)損傷識別中的應(yīng)用。針對橋梁工程損傷識別這樣的復(fù)雜非線性問題，將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法結(jié)合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)與響應(yīng)差的映射關(guān)系預(yù)測出與之對應(yīng)的函數(shù)值，代替有限元分析結(jié)果，根據(jù)這個(gè)預(yù)測的函數(shù)值計(jì)算遺傳算法適應(yīng)度值，對大型橋梁結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行參數(shù)識別，并詳述GA—

5、BP算法的實(shí)現(xiàn)步驟。 討論預(yù)應(yīng)力混凝土梁式結(jié)構(gòu)的損傷識別基本理論，主要包括構(gòu)件截面的幾何特性計(jì)算和損傷識別敏感因子的選取原則。 采用基于人工智能方法的GA-BP算法，運(yùn)用已經(jīng)建立的裂縫梁單元理論和預(yù)應(yīng)力混凝土損傷識別理論，對預(yù)應(yīng)力T形截面簡支梁橋進(jìn)行混凝土裂縫的損傷識別，識別出裂縫位置和裂縫深度；對連續(xù)梁橋中跨箱梁預(yù)應(yīng)力束損失進(jìn)行識別，通過概略識別和精細(xì)識別兩階段識別方式，識別出單根預(yù)應(yīng)力束預(yù)應(yīng)力損失模型表達(dá)式的參數(shù)值，