基于小波包能量谱的盾构隧道损伤识别分析

摘要

地铁隧道作为城市轨道交通的重要组成部分，其建设和运营对于城市的正常运转至关重要。地下隧道服役环境复杂，随着服役时间的增长，隧道结构将不可避免地发生局部损伤，若不进行检测与维护必会留下安全隐患、导致城市交通系统的瘫痪。因此，城市轨道交通地下结构（主要为盾构隧道结构）的健康监测系统成为研究热点。本文结合盾构隧道结构特点，提出一种移动荷载作用下基于分布式识别策略的盾构隧道结构损伤定位方法，并通过缩尺盾构隧道模型试验和足尺隧道结构仿真分析对该方法进行了验证。主要研究内容如下： 1、以缩尺盾构隧道模型为研究对象，分别对其进行数值模拟与试验测试，结合小波包能量谱法分析移动荷载作用下结构损伤前后的动力响应信号，进行损伤识别。结果表明，基于小波包能量谱的损伤识别方法，能够识别出模型损伤位置，并能大致判断结构损伤程度。 2、进行足尺盾构隧道数值模型研究，对模型施加移动列车荷载，研究本文所提出的损伤指标在多种损伤工况下的识别结果。并探究了小波包参数和移动荷载大小变化对损伤指标的影响。结果表明损伤指标对于不同工况、不同程度的损伤均能有效识别，且识别结果受不同小波包参数变化和荷载变化影响较小，仅计算用时受小波包分解层数影响较大。 3、提出了基于互信息思想的超长盾构隧道结构分布式识别策略。基于互信息思想将超长线状盾构隧道结构划分为线性连接的子区间，并验证了基于互信息的子区间划分，可以确保子区间损伤可探测性，同时减少了信息的冗余度；相对于通常的整体识别方法，计算量小，识别效率高。

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