基于bp网络与emd的结构损伤检测方法研究

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1、学校代码：10406分类号：TU375.4学号：130085213003南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）基于BP网络与EMD的结构损伤检测方法研究硕士研究生：樊志鹏导师：钟菊芳副教授申请学位级别：硕士学科、专业：建筑与土木工程所在单位：土木建筑学院答辩日期：2015年11月授予学位单位：南昌航空大学ResearchofStructuralDamageDetectionBasedonBPNetworkandEMDMethodADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterO

2、nArchitecturalandCivilEngineeringbyFanZhi-pengUndertheSupervisionofAsso.Prof.ZhongJu-fang(CollegeofCivilEngineering)NanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaNovember,2015南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要在建筑行业蓬勃发展，大批新型建筑拔地而起的同时，在役结构的病态也日益突显。可持续发展和建筑绿色化的目标促使了对在役建筑结构进行损伤检测的迫切性。近年来

3、，国内外诸多学者对此进行了研究，提出了多种损伤检测方法，尤其以动力检测居多，各种检测方法均有其各自的实用性和缺陷。本文针对目前反向传播神经网络（BackPropagation，简称BP网络）在结构损伤检测中存在损伤信息易被其他信息所淹没的问题，以及经验模态分解（EmpiricalModeDecomposition，简称EMD）具有能把信号分解成包含明显损伤信息的单一分量的特点，提出了将BP网络与EMD方法结合起来应用于结构损伤检测的新思路和新方法。论文的主要研究内容如下：（1）阐述了对在役结构进行损伤检测的必要性，概

4、括了国内外常用的检测方法及其各自的优缺点；（2）对BP网络训练方法—最速BP下降法进行了详细推导，对EMD方法的基本概念和分解流程进行了详细介绍，绘制了仿真信号随时间变化的平稳度曲线；（3）运用MATLAB2012a编制了EMD程序、加速度时程携带能量值计算程序和BP网络损伤检测程序；（4）以一幢2层的钢筋混凝土框架结构为例，利用SAP2000对其进行了动力响应数值分析，对比分析了结构损伤部位不同以及处于不同的损伤程度下，节点响应时程的加速度峰值、反应谱以及时程所携带的能量的差异，探讨了构件的损伤部位和损伤程度对结构

5、地震响应的影响规律，分析了节点响应加速度时程的峰值、反应谱和能量对结构损伤的敏感性；（5）从理论上论证了BP网络与EMD方法相结合的可行性，使用所编制的程序对框架结构进行了模拟，对比分析了直接使用BP网络进行测试和将BP网络与EMD相结合进行测试的结果的差异，以及权值和阀值使用梯度修正学习算法和附加动量学习算法对测试结果的影响。关键词：损伤检测；BP网络；EMD方法；钢筋混凝土框架结构；加速度时程I南昌航空大学硕士学位论文AbstractAbstractThemorbiditystatesofexistingstru

6、cturesareincreasinglyhighlightingwhiletheconstructionindustrydevelopsrapidlyandlotsofnewbuildingareconstructed.Thetargetofsustainabledevelopmentandgreenarchitectureassiststheurgencyofdamagedetectionofexistingbuildingstructures.Inrecentyears,manydomesticandovers

7、easscholarshaveconductedsomeresearchesonitandputforwardlotsofdamagedetectionmethodsthataremainlydynamicdetection,while,Alldetectionmethodshavetheirpracticabilityanddefects.ForthedeficiencyofstructuresdetectiondamageinformationbyBackPropagationNeuralNetworkoften

8、coveredbyotherinformationandthecharacteristicthatEmpiricalModeDecompositioncandecomposesignaltosinglecomponentincludingthepronounceddamageinformation,thispaperputforwardanew