桩基动测反演的小波分析与神经网络方法研究

论文摘要

本文首先对应力波反射法测桩基技术中的信号分析理论、判别方法进行了探讨和比较;在动力有限元方法的基础上对应力波反射法测桩基的过程进行了数值模拟;并结合信号处理中小波包分解技术和神经网络技术对模拟出的桩基信号进行缺陷类型识别。本文主要工作如下:(1)数值模拟应力波反射法测桩基的信号曲线。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数值模拟,得到桩顶质点速度时程曲线,验证理论曲线与实测曲线取得较好的一致,说明了模型的真实性。(2)对桩基模拟信号进行小波包特征值提取。采用小波分析技术对信号除噪,对几种典型的缺陷桩动测信号进行小波包分解及特征值提取,实现了对基桩缺陷的准确定位。(3)利用神经网络检测桩身缺陷类型。从基桩动测信号三层小波包分解的频域中提取特征,最后将这些特征输入人工神经网络进行训练和分类,进而实现了实现了基桩缺陷的准确判读。本文研究成果,对应力波反射法在对桩基检测领域中应用提供了一定程度上的指导意义,对该检测技术的发展起到一定的推动作用。笔者深信,经过研究不断完善的应力波反射法检测桩基技术,可以更综合直观地获得桩基结构内部缺陷的信息,将在有效检测和提高混凝土结构工程质量方面有着良好的应用推广前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 应力波反射法测桩基技术
• 1.2.1 应力波反射法的基本原理
• 1.2.2 应力波反射法现存的一些问题及解决办法
• 1.2.3 国内外发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 应力波反射法测桩基缺陷的仿真模拟
• 2.1 引言
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 数学模型及基本假定
• 2.2.2 桩土相互作用方程
• 2.2.3 求解振动方程
• 2.3 信号仿真
• 2.3.1 参数设置
• 2.3.2 基桩波动的特征
• 2.4 应用实例
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于小波变换的桩基模拟信号分析
• 3.1 引言
• 3.2 小波（包）分析对噪声信号的处理
• 3.2.1 小波分析的基本概念
• 3.2.2 小波分析与傅立叶变换的比较
• 3.2.3 小波包对噪声信号的处理
• 3.3 桩基模拟信号的小波分析
• 3.3.1 小波函数
• 3.3.2 小波包信号提取算法步骤:
• 3.3.3 桩基模拟信号的小波包分解及小波特征构建
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于小波分析和神经网络的桩身缺陷诊断
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.2.1 BP神经网络模型
• 4.2.2 反射波法检测判断标准
• 4.3 利用神经网络检测桩身缺陷类型
• 4.3.1 输入层特征向量的提取
• 4.3.2 输出层单元数的确定
• 4.3.3 层数及隐层单元数的确定
• 4.3.4 诊断桩身缺陷程度
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 应力波反射法测桩基的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 论文期间所发表的论文
• 附录2 程序