基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)分析研究.pdf

1、隨著橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大量普及，基于橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)的處理方法的研究也日益成為關(guān)注的焦點(diǎn)。本文針對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域普遍存在的數(shù)據(jù)豐富而信息匱乏的特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的思想技術(shù)，以符號(hào)化建模為基礎(chǔ)，利用其模式發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行符號(hào)化處理、因果態(tài)分割重構(gòu)、結(jié)構(gòu)向量提取，然后用獲得的大量結(jié)構(gòu)向量訓(xùn)練隱馬爾可夫模型來診斷評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合midas civil仿真模型與實(shí)橋縮尺模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，形成了一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)

2、動(dòng)的橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)診斷評(píng)估的算法體系。其主要內(nèi)容包括:
　　①橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及其響應(yīng)信號(hào)的復(fù)雜性分析。通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的材料非線性、幾何非線性等的分析，探究橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力行為產(chǎn)生的機(jī)理，并以帶有平方非線性的兩個(gè)自由度哈密頓系統(tǒng)為例，進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)非線性混沌動(dòng)力行為演化模式。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，分析橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)非平穩(wěn)與非線性的復(fù)雜特性。
　?、跇?gòu)建基于符號(hào)化建模的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征指標(biāo)。針對(duì)借助傳感器技術(shù)直接采集到

3、的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)具有隨機(jī)性強(qiáng)、不穩(wěn)定性、非線性等復(fù)雜特征，引入人工智能領(lǐng)域用于解決復(fù)雜性問題的符號(hào)化建模方法，對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行粗?；幚?，去除其中的非本質(zhì)特征，盡可能的保留關(guān)鍵信息。在此基礎(chǔ)上，重構(gòu)序列的ε機(jī)，挖掘結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的隱含模式，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)結(jié)構(gòu)損傷信息的提取。
　?、蹣?gòu)建基于隱馬爾可夫模型的橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)診斷方法。結(jié)合隱馬爾可夫模型具有分析處理變長(zhǎng)特征序列的優(yōu)點(diǎn)，將符號(hào)化模型提取的反應(yīng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特征的結(jié)構(gòu)向量作為觀測(cè)序列，各結(jié)構(gòu)損傷

4、狀態(tài)作為隱含序列，利用鮑母韋爾奇算法訓(xùn)練隱馬爾可夫模型，同時(shí)，通過對(duì)比分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同狀態(tài)下模型所計(jì)算的對(duì)數(shù)似然率的演化模式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)診斷。
　?、芤劳衜idas仿真模型及黑沖溝特大橋?qū)崢蚩s尺模型的試驗(yàn)分析。運(yùn)用符號(hào)化建模提取結(jié)構(gòu)模型在不同測(cè)點(diǎn)以及四種不同損傷工況下的振動(dòng)加速度響應(yīng)信號(hào)的結(jié)構(gòu)向量，然后對(duì)初始化的隱馬爾可夫模型進(jìn)行大量結(jié)構(gòu)向量的訓(xùn)練，得到能夠進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)診斷分析的隱馬爾可夫模型集合，由此驗(yàn)證先符號(hào)化建