基于模糊神经网络的公路隧道健康监测评估系统研究

论文摘要

在我国公路隧道的大规模建设中,公路隧道的病害问题比较严重。隧道二衬开裂是目前隧道工程中经常出现的病害,严重影响工程质量和交通安全。本文依托某高速公路隧道衬砌裂缝监测项目,采用长期现场数据监测、二衬开裂有限元数值模拟及模糊神经网络评价模型相结合的方式,对公路隧道运营阶段二次衬砌开裂进行安全性评价,取得成果如下：1、依托浙江某高速公路隧道衬砌裂缝监测项目,以隧道衬砌裂缝相关理论和工程实践为基础,对隧道开裂展开实地调查,考虑地质条件、气候条件、支护形式等影响因素进行监测数据的管理、统计分析,内容包括裂缝形态、种类及分布等。2、根据隧道实测数据,建立基于弹簧-接触的隧道复合衬砌有限元计算模型,针对衬砌开裂各种不同影响因素,展开衬砌开裂数值模拟研究,探索衬砌内部应力及裂纹应力强度因子变化规律,提出裂缝安全评价标准。3、借鉴现阶段桥梁、汽车,航空等领域结构安全评估的已经有成果,概述现有安全评估方法,比较其优缺点,选用模糊神经网络技术作为隧道衬砌裂缝安全评估的方法。4、根据衬砌裂缝安全判定标准,建立模糊神经网络的安全评价模型,将裂缝监测数据作为样本输入模型进行模糊评价,得出隧道衬砌裂缝的安全评价结果。5、在总结和研究当前国内外健康监测以及安全评估技术的基础上,依据工程实际开发隧道健康监测评估系统软件,管理监测隧道的各种数据资料,进行数据处理分析,并对隧道衬砌结构的安全性进行探索和评估。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 隧道裂缝病害研究现状
• 1.2.2 隧道病害安全评价研究现状
• 1.3 依托项目情况
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 隧道衬砌开裂成因及安全性评价综述
• 2.1 隧道衬砌开裂原因分析
• 2.1.1 衬砌外力作用
• 2.1.2 衬砌材质劣化
• 2.1.3 施工工艺影响
• 2.2 隧道安全性评价概述
• 2.2.1 安全性评价的内容
• 2.2.2 安全性评价目的
• 2.2.3 安全评价过程
• 2.3 现有安全性评价方法
• 2.3.1 层次分析法（AHP）
• 2.3.2 模糊综合评判法
• 2.3.3 灰色系统评价方法
• 2.3.4 专家系统评价方法
• 2.3.5 安全性评价方法的发展趋势
• 2.4 本章小结
• 3 已开裂二次衬砌数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 断裂力学理论
• 3.2.1 应力强度因子理论
• ⅠC'>3.2.2 K准则和断裂韧度K_ⅠC
• 3.2.3 应力强度因子计算方法
• 3.3 有限元计算模型
• 3.3.1 ABAQUS有限元软件介绍
• 3.3.2 计算模型及相关参数
• 3.4 裂纹深度及温度对衬砌结构的安全性影响分析
• 3.4.1 对称荷载条件下初始裂纹位于拱顶
• 3.4.2 对称荷载条件下初始裂纹位于拱腰
• 3.4.3 偏载条件下初始裂纹位于拱顶
• 3.4.4 偏载条件下初始裂纹位于拱腰
• 3.5 带裂纹结构安全性评价
• 3.6 本章小结
• 4 模糊理论与人工神经网络技术
• 4.1 模糊理论
• 4.1.1 模糊集合
• 4.1.2 隶属度函数的确定
• 4.1.3 模糊集合的基本运算
• 4.2 人工神经网络
• 4.2.1 神经元模型
• 4.2.2 神经网络模型
• 4.2.3 神经网络的特点
• 4.3 模糊理论与人工神经网络的结合
• 4.4 本章小结
• 5 基于模糊神经网络的公路隧道衬砌结构安全评价
• 5.1 引言
• 5.2 衬砌裂缝评价指标的判定标准
• 5.2.1 衬砌裂缝定性判定标准
• 5.2.2 衬砌裂缝宽度和长度的判定标准
• 5.2.3 衬砌裂缝深度的判定标准
• 5.3 神经网络评价模型
• 5.3.1 模糊神经网络的结构设计
• 5.3.2 隶属度函数的确定
• 5.3.3 模型神经网络模型的推理计算过程
• 5.3.4 神经网络的学习过程
• 5.3.5 训练样本的生成
• 5.4 隧道监测数据分析与评价
• 5.5 本章小结
• 6 隧道健康监测评估系统的软件开发
• 6.1 软件系统的需求分析
• 6.2 软件系统结构设计
• 6.2.1 系统设计目标
• 6.2.2 系统结构设计
• 6.2.3 系统程序开发
• 6.3 数据库设计
• 6.4 软件系统的界面设计
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的主要工作和结论
• 7.2 展望
• 参考文献