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基于小波分析的桥梁结构损伤识别研究

作　者: 陈志
导　师: 杨小帆
学　校: 重庆大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 桥梁小波分析小波去噪奇异性检测损伤识别
分类号: U441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

桥梁是交通系统中一个关键的环节。随着我国交通事业的蓬勃发展,桥梁的数量也越来越多。但是,在环境侵蚀、材料老化和过度使用等因素的作用下,有些桥梁损伤越来越严重,甚至引发了桥梁垮塌等重大事故的发生,极大地威胁着人民生命和财产安全。为防止这些事故频繁发生,必须尽早识别和定位桥梁上的潜在损伤,对重要桥梁的结构健康进行长期检测和定期评估。许多大型桥梁在服役期间,其检测系统采集了大量挠度数据,这些数据可以刻画桥梁观测点偏离平衡位置的程度,对这些挠度数据进行处理分析能发现桥梁中存在的损伤。小波分析是近十几年发展起来的数学理论,被认为是傅立叶分析方法的突破性发展,具有优秀的时频分析能力。测量信号的处理分析是桥梁结构损伤识别的关键问题之一。利用小波分析理论,对大型桥梁结构健康检测信号进行多尺度分解,当结构出现损伤时,在某一尺度时刻小波变换系数将出现峰值,从而实现损伤识别和定位。目前小波分析在结构损伤诊断中的研究基本上都停留在数值模拟阶段,在实际应用上的研究还是很少,因此把小波分析引入桥梁健康检测的实际应用中还需要更深入的研究。本文正是基于此提出基于小波分析的桥梁结构损伤识别策略,从多尺度分析角度来研究测量信号的数据分析。本文的主要工作是:第一,对桥梁健康检测的意义、概念以及国内外研究现状进行了综述,并介绍了小波分析的相关知识。第二,利用小波分析对大量的原始数据进行有效的降噪处理,直接提取结构参数,利用小波的奇异性检测原理对结构损伤识别以及及时进行预警。第三,利用基于“能量损伤”的损伤诊断方法对石板坡大桥的实测挠度数据进行小波包分解处理和分析,证实了小波包节点能量特征向量适合作为损伤因子来对桥梁结构进行损伤诊断,它对损伤较为敏感,适合于识别微小损伤。简而言之,本文的研究工作是将基于小波分析的信号处理方法、损伤预警、结构损伤特征参数的提取统一起来,实现桥梁结构损伤的识别和定位。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 桥梁结构健康检测的意义  8
  1.2 桥梁结构健康检测的概念  8-9
  1.3 国内外桥梁结构健康检测现状  9-11
    1.3.1 桥梁结构健康检测的理论研究发展  9-10
    1.3.2 桥梁结构的损伤识别  10-11
  1.4 小波分析的发展与应用  11-12
  1.5 本文主要的研究内容  12-14
2 小波分析理论  14-23
  2.1 引言  14
  2.2 Fourier 变换和加窗Fourier 变换  14-15
  2.3 连续小波变换  15-17
  2.4 离散小波变换  17-18
  2.5 多分辨率分析和MALLAT 算法  18-20
  2.6 小波包分析  20-21
  2.7 小波基的特性  21-22
  2.8 本章小结  22-23
3 基于小波变换的桥梁实时检测信号处理  23-33
  3.1 引言  23
  3.2 小波变换去噪  23-29
    3.2.1 小波变换模极大值  24-26
    3.2.2 小波变换阈值去噪方法  26-29
  3.3 数值实验分析  29-31
    3.3.1 四种阈值选取形式去噪效果对比  29-30
    3.3.2 两种阈值处理函数的去噪效果对比  30
    3.3.3 对实际测量数据进行去噪效果对比  30-31
  3.4 本章小结  31-33
4 基于小波奇异性检测的桥梁结构损伤识别  33-41
  4.1 引言  33
  4.2 检测信号突变点的原理  33-35
  4.3 数值实验分析  35-38
    4.3.1 检测第一类型的间断点  35-36
    4.3.2 检测第二类型的间断点  36-38
  4.4 实际测量信号的损伤识别  38-39
  4.5 本章小结  39-41
5 基于小波包分析的桥梁结构损伤识别  41-45
  5.1 引言  41
  5.2 基于小波包分析的损伤识别算法  41-43
  5.3 实测信号的小波包分析的损伤识别  43-44
  5.4 本章小结  44-45
6 总结与展望  45-46
  6.1 本文工作总结  45
  6.2 展望  45-46
致谢  46-47
参考文献  47-50
附录  50
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表及已投稿的论文目录  50
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  50

基于小波分析的桥梁结构损伤识别研究

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