青岛胶东国际机场健康监测系统设计与数据缺失修复数值模拟计算分析

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大跨度空间结构建筑能代表一个国家的建筑水平,往往是一个城市的标志,具有重要的社会意义。但是由于结构在长期服役期间因为环境腐蚀,材料老化导致结构性能退化,存在着安全隐患。结构健康监测能消除结构的安全隐患,预测结构的性能变化,减少工程事故的发生以及因此造成的生命财产的损失。本文以青岛胶东国际机场航站楼重大重点工程为背景,对结构进行长期健康监测的研究,对建立的健康监测系统进行详细的介绍,并且提出基于布谷鸟搜索算法改进支持向量机的方法对后期监测缺失的数据进行处理,并且以深圳大运会主场馆钢屋盖结构健康监测的数据进行验证。具体研究内容如下:(1)论述了结构健康监测的重要性和必要性,介绍了国内外健康监测系统的发展现状及发展历史,指出了当前研究中存在的问题和不足,并且说明了数据缺失的研究对于安全评估的重要性,提出了几种修复方法,阐述了它们的基本原理和其优劣性。(2)详细介绍了本文的研究对象青岛胶东国际机场航站楼,并对其结构布置进行了详细说明。自主研发的健康监测系统是由传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理及控制系统、安全评估系统和安全预警系统组成,各子系统分工明确,又相互依存,共同对结构的杆件应力、结构的竖向位移、支座的水平位移和整体的振动进行长期健康监测,充分保证了结构的安全性。(3)根据机场提供的中国建筑西南设计研究院所做的3D3S航站楼钢网架模型,针对青岛胶东国际机场航站楼钢网架结构重新建立了Midas Gen有限元模型,介绍了模型的参数设置和荷载分布,分析了结构在承载能力极限状态下杆件的受力情况、位移和振型频率,将这两个软件的有限元分析结果进行对比,并以此为依据确定了最佳的测点布置方案。此外,开始监测的时候结构处于接近完工状态,需要确定结构的初始状态,运用逆向思维,将目前结构上的施加的荷载逐项减去,能得到结构的初始状态,通过分析,此方法具有较高的可靠性。(4)介绍了支持向量机算法、重要参数的意义、存在的问题和改进的思路,提出用布谷鸟搜索算法优化支持向量机的重要参数,并进行了详细说明,并将其运用到数据缺失的插补和重建,以深圳大运会主场馆钢屋盖结构健康监测的数据进行了验证,并与单测点线性回归、多测点线性回归和传统支持向量机回归的插补方法进行比较,结果表明:在小范围内的数据修复,布谷鸟改进支持向量机修复能力要优于线性回归和传统支持向量机回归的修复能力,该方法能大大降低数据修复时的工作量和计算量,并且保证了重建数据的精确度,满足评价指标和工程精度的要求。
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