小波分析及其在基桩完整性检测中的应用研究

摘要

该文采用理论分析、模型实验、数值模拟和现场测试相结合的方法,对模型桩和工程桩的现场测试信号以及数值模拟基桩动测信号进行小波分析,并与神经网络技术相结合,实现了对基桩缺陷进行准确诊断的目的,得出以下一些研究成果:(1)以一维应力波理论为基础,采用动力有限元的方法,对脉冲荷载作用下应力波在混凝土桩中的传播过程及反射特性进行了系统的研究,并得到桩身质点纵向振动速度时程的空间曲面,最后将数值模拟曲线与应力波反射法实测曲线进行了拟合对比,发现理论曲线与实测曲线取得较好的一致,表明该文所采用的模型、桩土参数的确定及数值分析的结果是可靠的,对提高动测结果的准确性有所裨益.(2)该文对小波分析在基桩检测中的应用进行了研究,该方法利用传统的应力波反射法的测试数据,得到反映桩身中应力波传播的更多有用信息,消除了由实测信号直接读取反射波特性所存在的误差,具有较好的准确性和灵活性.(3)基于小波变换的时频局部化特性及人工神经网络的非线性映射特性,将小波变换和人工神经网络的优点结合起来.从基桩动测信号小波变换的分量中提取特征,最后将这些特征输入人工神经网络进行训练和分类,进而实现对基桩缺陷进行诊断的目的.数值模拟试验显示了该方法的合理性,在此基础上进行了工程桩的现场试验研究,结果表明训练成功的神经网络可以作为智能分类器对基桩常见缺陷进行有效的识别和诊断.(4)桩基工程中的许多问题都属于复杂系统的问题.鉴于此,该文进行了基于小波分析的基桩缺陷诊断专家系统的概念设计,试图从基桩完整性的影响因素出发,结合施工监测数据,构造一个基桩完整性诊断的多重数据库集成系统,进而实现基桩完整性检测的精细化、可视化、智能化.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1引言

§1.2国内外研究的历史与现状

§1.3本文研究的主要内容和创新之处

第二章动测信号的分析理论及模型桩试验研究

§2.1引言

§2.2应力波反射法测桩的基本原理

§2.2.1基本假定

§2.2.2控制方程

§2.2.3应力波在桩中的传播

§2.3动测信号的分析理论

§2.3.1傅立叶变换

§2.3.2短时傅立叶变换

§2.3.3小波变换

§2.4模型桩现场试验研究

§2.4.1应力波反射法的测试技术

§2.4.2现场试验结果

§2.4.3完整桩和缺陷桩的时程曲线特征

§2.5本章小结

第三章应力波反射法评价混凝土桩完整性的计算机仿真分析

§3.1引言

§3.2计算模型

§3.2.1桩土系统的数学模型及基本假定

§3.2.2桩土相互作用方程

§3.2.3求解振动方程

§3.3计算机仿真分析

§3.3.1缺陷位置对反射信号的影响

§3.3.2应力波对缺陷的敏感度

§3.3.3应力波沿桩身的衰减特性

§3.3.4桩身振速的时空特性研究

§3.3.5现场实验研究

§3.4本章小结

第四章基于小波变换的基桩动测信号分析

§4.1引言

§4.2小波分析的基本原理

§4.2.1一维连续小波变换

§4.2.2离散小波变换和二进小波变换

§4.2.3多分辨率分析

§4.2.4小波包分析

§4.3基桩动测信号的小波分析

§4.3.1小波基的选取

§4.3.2时频分析

§4.3.3基于小波分解的信噪分离

§4.3.4基桩动测信号的小波包分析

§4.3.5小波分析在基桩浅部缺陷检测中的应用

§4.4本章小结

第五章基于小波神经网络的桩身缺陷诊断

§5.1引言

§5.2人工神经网络的基本原理

§5.2.1人工神经网络的基本概念

§5.2.2运用神经网络的基本原则

§5.2.3误差反向传播神经网络

§5.3基于小波神经网络的桩身缺陷诊断

§5.3.1小波神经网络的构造

§5.3.2基于小波神经网络的基桩缺陷类别的诊断

§5.3.3基于小波神经网络的基桩缺陷位置和程度的诊断

§5.4基于小波分析的基桩缺陷诊断专家系统的构造原理

§5.4.1专家系统的构造

§5.4.2历史数据库的构造

§5.5本章小结

第六章结论与展望

§6.1结论

§6.2展望

参考文献

致谢

附：在读期间科研成果统计