基于航拍图像与改进U-Net的建筑外墙裂缝检测方法

针对建筑外墙裂缝人工检测方法检测效率低、检测效果和安全性差的问题,提出基于航拍图像与计算机视觉的裂缝检测方法。使用无人机绕建筑物航拍采集裂缝图像,并构建裂缝数据集;优化U-Net模型以解决细长裂缝分割不连续、复杂背景下裂缝漏检及背景误检的问题。将模型编码网络替换为预训练的ResNet50以提升模型特征表达能力;添加改进的多孔空间金字塔池化(Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP)模块,获取多尺度上下文信息;采用改进的损失函数处理裂缝图像正负样本分布极度不均的问题。结果表明:改进的U-Net模型解决了原模型存在的问题,IoU指标和F1_score分别提升了3.53%、4.18%;与经典分割模型相比,改进模型的裂缝分割性能最优。与人工检测方法相比,所提方法可以安全、高效且准确地进行建筑外墙裂缝检测。

移动荷载作用下梁裂缝识别的小波方法研究

利用小波分析对简支梁的裂缝进行识别。通过对带裂缝简支梁在移动荷载作用下的跨中响应用Mexicanhat小波进行连续小波变换 ,从小波系数的模极大值点有效地得到荷载经过裂缝的时间 ,从而识别裂缝位置 ,从模极大值处的Lipschitz指数判断裂缝深度 ,Lipschitz指数随裂缝深度的增加而减小。同时讨论了荷载移动速度和裂缝位置对Lips chitz指数的影响。通过分析和仿真计算获得满意结果 ,在梁结构损伤诊断中具有较高的应用价值。

基于小波分析的梁裂缝识别研究

利用小波分析对简支梁的裂缝进行识别。将带裂缝简支梁的基本振型用MexicanHat小波进行连续小波变换,从小波系数在裂缝处出现模极大值可以识别出裂缝位置,利用由小波系数计算得到的Lipschitz指数来识别裂缝深度,Lipschitz指数随着裂缝深度的增加而减小。通过分析和仿真计算获得满意结果,在仿真算例中分析了裂缝位置对Lipschitz指数的影响很小,可以忽略;振型的测点距离越大,Lipschitz指数越大。同时指出噪声对Lipschitz指数有影响但在噪声不很大时仍能较好地识别裂缝。该方法同样适用于多条裂缝的识别和其他构件的裂缝识别。

钢筋混凝土梁的非线性振动识别研究

通过理论推导和钢筋混凝土简支梁的锤击振动测试实验,证实了钢筋混凝土梁微幅弯曲自由振动存在弱的非线性,且近似为二次非线性,其振动频率随着振幅的减小而加大。利用小波变换时频分析的特点,用Morlet复小波函数对钢筋混凝土梁的自由振动响应进行小波变换,通过脊线所对应的尺度得到瞬时振动频率,通过脊线上的小波系数计算出瞬时振幅。由系统的瞬时频率和瞬时振幅与时间的关系以及它们之间的相互关系,由曲线拟合得到系统的固有频率、阻尼系数和非线性系数。通过实验发现梁的固有频率随着损伤的增大而减小,非线性系数随着损伤的增大而增大。

基于IDA的下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的地震易损性分析

采用IDA方法进行地震易损性分析,已成为评估建筑结构抗震性能的常用方法之一。为探究下弦与撑杆改进构型张弦梁结构的抗震性能,使用ATC-63推荐的15组地震动记录数据,选择地震动强度参数结构第一自振周期结构阻尼系数为5%的反应谱加速度S_(a)(T1,5%),并以一阶振型中最大位移点的竖向挠度作为评价指标进行研究。基于有限元软件ANSYS对该结构进行模拟,通过对比时程分析结果,分析不同损伤状态下改进构型的张弦梁结构的抗震性能概率。研究结果表明:在面对大型地震时,此改进构型的张弦梁结构表现出卓越的抗震性能,拥有显著的防震潜力,且结构倒塌的风险较低。

连续小波变换在梁结构损伤诊断中的应用研究

为了检测出梁中的裂缝或因刚度降低引起的损伤 ,对有损伤简支梁的振型曲线进行连续小波变换 ,从小波系数出现模极大值有效地识别损伤的存在以及裂缝位置和刚度下降段的位置。基本振型是用小波变换识别裂缝的最佳振型 ,用损伤位置处振幅较大的振型曲线来识别最清楚 ,对有噪声影响的振型曲线同样可以用本文方法进行识别。通过分析和计算获得满意结果 。

地震作用下结构时变物理参数识别

利用小波分析函数多尺度逼近方法,将剪切型结构在地震作用下时变的阻尼和刚度用尺度函数的线性组合表示,将时变参数的辨识问题转化为由已知的正交尺度函数和系统的输入输出来估计线性组合中的时不变系数问题,用最小二乘法对剪切型框架结构在地震作用下时变的刚度和阻尼进行了有效的辨识。此方法无需事先假定系统参数的时变规律,在有噪声情况下可以用Tikhonov正则化方法减小识别方程的不适定性对识别结果的影响。数值算例表明了该方法的有效性。

基于Hilbert-Huang变换的钢筋混凝土框架结构识别

基于HHT的利用结构自由振动响应进行系统识别的方法,只需要测得一点的响应就能得到各阶模态频率和阻尼比,通过各点的响应分析可以得到各阶振型,从而求得结构的刚度矩阵和阻尼矩阵。通过对一个4层2跨2开间的钢筋混凝土框架结构模型进行了锤击测试试验。用HHT方法识别其各阶频率、振型和各阶阻尼比,并计算得到刚度矩阵和阻尼矩阵。由识别的刚度矩阵可以看出用考虑节点转角并进行静力凝聚的杆系-层模型能较精确地反映框架结构的振动。试验数据分析还表明,当初始振幅较大时框架结构的阻尼比具有时变性,随着振幅的减小,阻尼比减小。

钢筋混凝土梁损伤的小波包识别方法

基于小波包能量特征向量的损伤识别是一种对损伤非常敏感的方法。为了更有效地选择特征频带,从频带分解的角度分析了基于小波包分解能量特征向量的结构损伤识别方法。将结构响应信号进行小波包分解,提取各频带的能量。通过分析结构响应频率和小波包分解各频带频率范围,选取信号主要频率所在频带及其相邻频带的能量构成特征向量。当信号频率有微小改变时,特征能量向量的变化远远大于信号频率的变化。当结构出现损伤时,脉冲激励下其动力响应信号的频率有所降低,因此可以通过特征能量向量的变化来识别损伤。通过一根钢筋混凝土梁的试验验证了该方法的有效性。

结构物理参数识别的多尺度参数卡尔曼滤波方法

经过正交小波变换后,低尺度上测量信号的信噪比提高。应用小波变换将结构的激励信号和响应信号分解到不同尺度上,得到不同尺度上结构的状态方程和测量方程,结合动力学系统辨识的参数卡尔曼滤波方法,提出了结构物理参数的多尺度参数卡尔曼滤波辨识方法。理论分析和数值算例表明:在多尺度上对结构参数进行辨识比在单一尺度上辨识能获得更高的精度。

非线性系统识别的小波方法研究

利用小波变换时频分析的特点,用Morlet复小波函数对弱Duffing系统的有阻尼自由振动响应进行小波变换,通过脊线所对应的尺度可以计算出瞬时振动频率,通过脊线上的小波系数可以得到瞬时振幅。由系统的瞬时频率和瞬时振幅与时间的关系以及它们之间的相互关系,由曲线拟合可以得到系统的固有频率、阻尼系数和非线性系数。数值算例证实了此方法的正确性,计算表明非线性系数的识别精度与非线性程度和初始振幅大小有关。

基于小波分析的系统识别研究

利用小波变换时频分析的特点 ,用Morlet复小波函数对线性系统的自由振动响应进行小波变换 ,通过脊线上的小波系数进行系统识别 ,并用数值计算证实此方法的正确性 .

基于改进L-P小波的时变模态参数识别方法

研究了基于改进Littlewood-Paley(L-P)小波变换的结构时变模态参数识别方法。用改进的L-P小波对结构动力响应信号进行小波变换,由能量较大的频带所对应的尺度识别结构基本频率及其随时间的变化情况;由某时刻各自由度响应在各阶频率对应尺度上的小波系数的比值识别结构的各阶振型。针对剪切型框架结构,利用识别的频率变化判断结构是否发生损伤以及损伤发生的时间,通过识别损伤前后的一阶振型斜率变化判断损伤发生的位置。该方法不需要激励信息,且有较好的抗噪声能力。

伏龙大桥加固方案的模糊优选及计算分析

为选择一个技术上可靠、经济上合理的较优加固方案,由桥梁病害着手分析加固方案优选的主要影响因素,提出5项底层评价指标,运用层次分析法建立方案优选三层模型,确定各层级判断矩阵及权重矩阵,根据模糊综合评价原理确定优选加固方案。以使用年限达18年的单跨钢筋混凝土中承式系杆拱桥———伏龙大桥为例,介绍从桥梁检测、病害总结、层次分析、模糊评判到仿真计算的五步加固方案优选办法,并借助有限元软件对加固前、后结构静力性能计算分析,验证优选加固方案的加固效果。结果表明:结构加固效果明显,该加固方案优选办法具有切实可行性与实用性。

结构物理参数的分频段加权辨识

利用小波分析多分辨率分析原理,建立线性系统多尺度动力平衡方程。将外荷载和线性系统在荷载作用下的响应作正交小波变换,得到各频段的小波系数,由多尺度动力平衡方程建立系统的参数识别方程。在不同频段根据系统的信噪比大小确定不同的加权值,对结构物理参数进行加权最小二乘辨识。该方法能较大地提高结构物理参数的识别精度,并且识别精度随着小波分解层次的增加而增大。

基于改进Hilbert-Huang变换的结构损伤识别方法研究

针对Hilbert-Huang变换(HHT)在信号处理中存在的模态混叠的问题,引入总体经验模态分解(EEMD)对HHT方法进行改进,并将改进的HHT方法应用于工程结构损伤识别中。建立一个三自由度剪切型结构模型,结构刚度退化模型采用双线性刚度退化模型,计算结构在地震作用下的响应,对结构加速度响应进行改进的HHT分析,提出了利用损伤前后结构响应一阶固有模态函数(IMF)特征能量比识别结构损伤位置的方法。结果表明:通过结构响应瞬时频率的变化可以判断结构是否损伤和出现损伤的时间,根据损伤前后各层一阶IMF能量比的变化可以识别损伤的位置。将改进的HHT应用到对实际工程的强震记录分析中,通过提取一阶瞬时频率和一阶IMF特征能量比较好地识别了结构在强震作用下的损伤。

基于小波分析与子结构法的未知风荷载作用下高层剪切结构参数识别方法研究

对于未知风荷载作用下高层剪切结构,通过子结构理论将其余部分对子结构的效应作为外荷载施加给子结构,并建立风荷载作用下的动力方程。应用函数的小波多尺度逼近方法将产生低频响应的风荷载表示为尺度函数的线性组合,根据动力方程构造结构参数和低频小波系数的识别方程。用最小二乘法识别结构参数和低频小波系数,由识别的参数和结构响应计算未知激励。分析结果表明,该方法对结构参数的识别误差在2%以内,有一定的抗噪性。

基于自适应最稀疏时频分析的非线性系统识别

研究了基于自适应最稀疏时频分析方法的非线性系统识别方法。通过自适应最稀疏时频分析方法识别了Duffing非线性系统和Van der Pol非线性系统的自由振动响应以及这两种系统在简谐激励下的响应,得到了响应的瞬时振幅和瞬时频率,并用最小二乘曲线拟合了非线性系统识别参数及简谐激励的大小和频率。分析了识别精度的影响因素,与基于小波分析方法和希尔伯特-黄变换方法的非线性系统识别方法进行了比较,研究表明自适应最稀疏时频分析方法可以有效地识别典型非线性系统参数。

基于时间序列与ELMAN神经网络的结构损伤识别

针对桁架结构损伤识别中遇到的空间跨度大、结构自由度数量多、建模困难和模态信息不完备等实际困难,提出了适用于这种大型、复杂空间桁架结构损伤检测方法——基于时间序列与神经网络的结构损伤检测法。首先,利用ANSYS建立桁架模型,提取瞬时状态的加速度响应信号并进行信号的平稳性处理;然后,通过MATLAB建立相应的AR(Auto-Regressive)时间序列模型,通过确定模型阶数以及对模型参数进行估计来判定结构损伤与否;最后,把估算出来的模型参数作为结构损伤的敏感因子输入到已经建立好的神经网络中,对结构损伤进行定位。对某工业厂房中桁架进行建模分析,结果验证了该方法的正确性。

呼吸裂缝梁基于奇异谱熵的损伤识别方法研究

针对呼吸裂缝梁刚度随裂缝开合成双线性变化的特点,提出了利用结构响应的奇异谱熵识别裂缝的出现、位置、损伤程度的方法。结果表明:将裂缝梁在脉冲激励下的位移响应进行相空间重构,计算其奇异值并得到奇异谱熵,由任一节点熵值相对于无损伤梁的变化可判断梁是否出现损伤;根据梁各节点熵值的最大值可判断裂缝的位置;随着裂缝深度的增大熵值增大,从而判断裂缝开展的程度;重构相空间维数取为信号主要频率数量的2倍,避免噪声引起的误差;验证了激励力的位置和大小不影响奇异谱熵的大小。该方法只需要结构的振动响应,不需要利用结构模型,避免了损伤识别中的模型误差;损伤敏感性高,对环境噪声不敏感。