基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的懸臂式擋墻模態(tài)參數(shù)識(shí)別.pdf

1、大量工業(yè)與民用建筑和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施在長(zhǎng)期的服役過程中受到使用荷載及各種自然和人為因素的作用，不斷出現(xiàn)損傷累積和功能退化，極端情況下甚至引發(fā)突發(fā)性災(zāi)難。對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況和損傷進(jìn)行有效的評(píng)估已經(jīng)成為國際土木工程界面臨的一項(xiàng)緊迫課題，其中結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別是其關(guān)鍵和核心問題之一。
　　 模態(tài)參數(shù)能夠直觀、準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，具有簡(jiǎn)明、直觀和物理概念清晰等優(yōu)點(diǎn)，目前常被用于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析。模態(tài)參數(shù)識(shí)別是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析的重要內(nèi)容之一，經(jīng)過幾十年

2、的發(fā)展，模態(tài)分析理論吸取了振動(dòng)理論、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)處理、概率統(tǒng)計(jì)以及自動(dòng)控制理論中的相關(guān)理論，并結(jié)合自身的發(fā)展，形成了一套具自身特色的理論體系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具有能以任意精度逼近任何線性和非線性函數(shù)關(guān)系的能力而在土木工程相關(guān)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別和損傷評(píng)估。但以往基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間序列的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法往往只能給出定性的結(jié)論而不能得出定量的結(jié)論，并且多用于系統(tǒng)識(shí)別，建立結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。本文針對(duì)懸

3、臂式擋墻提出了一種基于前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法，該方法以前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)可調(diào)的原理，具體是先把自由振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行FFT處理和數(shù)字濾波，得到可以識(shí)別的模態(tài)階數(shù)和精度不高的各階模態(tài)頻率、相位；其次根據(jù)模態(tài)的階數(shù)設(shè)定神經(jīng)元的個(gè)數(shù)，根據(jù)預(yù)處理后得到的頻率和相位設(shè)定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和基函數(shù)參數(shù)迭代的初始值；最后對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，便可實(shí)現(xiàn)利用自由振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域模態(tài)識(shí)別的目的。
　　 本文首先回顧了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法，并

4、對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在土木工程中系統(tǒng)辨識(shí)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。然后，提出了一種直接運(yùn)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)測(cè)量、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)直接識(shí)別方法，并采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。最后利用該方法考察了采用不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土對(duì)懸臂式擋墻固有頻率的影響。為懸臂式擋土結(jié)構(gòu)的下一步懸臂式擋土結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別工作做出了基礎(chǔ)研究，并為動(dòng)力模型的進(jìn)一步改進(jìn)提出了理論依據(jù)。結(jié)果表明，本文所采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)域模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法能可靠地運(yùn)行，具有實(shí)際應(yīng)用的前