基于遗传算法的斜拉桥传感器优化布置研究’.pdfVIP

第 17卷增刊 振 动 工 程 学 报 Vol.17No.S 2004年8月 JournalofVibrationEngineering Aug.2004 基于遗传算法的斜拉桥传感器优化布置研究’ 郑荣跃 许凯明 黄剑源 (宁波大学建筑工程与环境学院土木工程系 宁波，315211) 摘 要 分析了传感器的类型、数量和位置在桥梁结构健康监测和诊断中的重要性，对桥梁结构传感器优化布点 作了详细的分类及论述。分析了遗传算法的特点优点，并与传统优化算法作了比较。最后利用遗传算法有哪些信誉好的足球投注网站一座独 塔不对称的协作梁大跨度斜拉桥结构的健康监测系统中传感器的最优布点。结果表明，用遗传算法进行传感器最 优布点具有结果稳定可靠，收敛迅速的特点，能够满足系统的要求。 关键词:健康监测;传感器;遗传算法 中图分类号:TP181 在各种大跨度桥梁中，斜拉桥结构具有跨度大、 结构轻盈、适于在软土地基等不良地质条件下修建 1 传感器布点优化算法 等优点，成为目前各地修建跨江跨河桥梁时的主要 选择之一。大跨度桥梁结构一般都处在交通枢纽上， 结构损伤检测的关键之一是传感器系统，也就 是国家的经济命脉，需要确保结构的安全性和可靠 是要求传感器能够给出高质量的结构反映数据，这 性。同时，随着社会经济的飞速发展，现有桥梁结构 是结构损伤识别的前提。传感器的类型、位置和数量 在运营期间实际承受的载荷远远大于设计载荷，长 对于模型参数估算的质量和偏差有很大的影响，虽 期超负荷运营，加速了结构的损伤，结构实际承载能 然传感器数量越多所获取的结构模态参数越多，越 力和通行能力大大降低，运营维护费用居高不下。根 能够辨别结构的状态，但是，随着传感器数量增多， 据相关资料目前全球有超过三分之一的桥梁结构存 系统中相配套的其它设备和耗材也会相应成倍的增 在不同程度的损伤，每年都为维护桥梁结构花费巨 加，而由于获取数据的增加，要求计算机的计算性能 额费用。 将成几何级数增长，大大增加系统的成本费用。所 基于振动的桥梁结构损伤识别技术，由于能够 以，实际中只能是利用有限的传感器数 目来获取结 有效识别结构参数成为当前的工程界和学术界的研 构参数，也就是如何把N个传感器布置到M个 究重点。桥梁健康监测系统的核心是结构的损伤识 (NM)可选位置上的问题。 别，而损伤识别的关键之一在于所监测到的数据准 一种好的传感器布点算法应做到即便在含噪音 确性和可靠性。传感器系统是桥梁健康监测系统中 的环境中也能够用最少的传感器获取最全面、最精 的关键系统之一，其对于系统的作用相当于感知神 确的结构模态信息，测试获取的信息应能和结构模 经系统对于人的作用。传感器系统主要包括感知元 态分析的结果相对应。同时，在需要时还能够在整个 件的类型、数量和在桥梁结构上的布点位置这三个 传感器网络系统中通过合理的添加测点对感兴趣的 方面内容，这三个方面的选择确定将对整个桥梁健 部位或重点部位进行重点监测。另外，传感器的布点 康监测系统能否做到实时监测起到关键作用。目前 应使模态实验结果具有可观性和可视性。根据传感 国内崔飞 〕〔、‘李戈等人在这些方面做了一些工作C21 器优化布点方法的特点目前一般将其划分为传统优 本文将在分析比较传统的传感器优化布设算法 化算法和非传统优化算法。 和遗传算法的优劣的基础上，利用遗传算法作为优 传统算法主要有有效独立法(EFI法)、Guyan 化算法对一座主跨为258m的独塔不对称协作梁 模型缩减法、模态能量法(NIKE法)、推断法、主分 体系大跨度斜拉桥进行了传感器优化布设研究。 量法等;非传统算法主要有模拟退火法、神经网络 法、小波分析法和遗传算法等。 浙江省自然基金资助项目(编号:502151) 收稿日期;2004