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基于LSTM的大跨度公铁两用悬索桥动力响应预测方法

刘大玮 李再帏

刘大玮, 李再帏. 基于LSTM的大跨度公铁两用悬索桥动力响应预测方法[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(2): 189-195. doi: 10.12299/jsues.24-0311
引用本文: 刘大玮, 李再帏. 基于LSTM的大跨度公铁两用悬索桥动力响应预测方法[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(2): 189-195. doi: 10.12299/jsues.24-0311
LIU Dawei, LI Zaiwei. Dynamic response prediction method of long-span road-rail suspension bridge based on LSTM[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(2): 189-195. doi: 10.12299/jsues.24-0311
Citation: LIU Dawei, LI Zaiwei. Dynamic response prediction method of long-span road-rail suspension bridge based on LSTM[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(2): 189-195. doi: 10.12299/jsues.24-0311

基于LSTM的大跨度公铁两用悬索桥动力响应预测方法

doi: 10.12299/jsues.24-0311
基金项目: 国家重点研发计划项目(2022YFB2602200);国家自然科学基金(52472450)
详细信息
    作者简介:

    刘大玮(1998 − ),男,硕士生,研究方向为桥梁结构健康监测。E-mail:1015455793@qq.com

    通讯作者:

    李再帏(1983 − ),男,教授,博士,研究方向为轨道结构动力分析。E-mail:lzw_5220964@163.com

  • 中图分类号: U216.3,TP183

Dynamic response prediction method of long-span road-rail suspension bridge based on LSTM

  • 摘要: 大跨度公铁两用悬索桥结构健康监测系统由于输出的数据庞大、动态数据混杂,荷载与响应之间往往难以建立映射关系,导致工作人员无法采取合理的桥梁养维策略。以某大跨度公铁两用悬索桥为研究对象,对健康监测系统动力响应数据进行详细分析,基于长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络探究不同桥梁荷载因素(公路车辆、铁路车辆、温度、风速)下振动响应(加速度与挠度)的预测效果。分析结果表明:LSTM网络可有效预测此类桥梁的动力响应。桥梁挠度仅需温度荷载作为输入,进行10余次迭代即可准确预测;而桥梁垂向和横向振动加速度则需温度、风、公路和铁路荷载同时作为输入,进行约400次迭代才可准确预测。
  • 图  1  某千米级公铁两用钢桁悬索桥立面图

    Figure  1.  Elevation diagram of a road-rail steel-trussed suspension bridge spanning over 1 km

    图  2  钢桁加劲梁横截面图

    Figure  2.  Cross-section of steel truss with stiffening

    图  3  公铁两用悬索桥结构健康监测系统测点布置

    Figure  3.  Sensor placement for structural health monitoring system of road-rail suspension bridge

    图  4  不同日期同一时间段下桥梁垂向加速度时程

    Figure  4.  Time histories of bridge vertical accelerations at the same time on different dates

    图  5  桥梁振动加速度日标准差年度变化情况

    Figure  5.  Annual variation of daily standard deviation of bridge vibration acceleration

    图  6  基于LSTM的公铁两用悬索桥振动预测框架

    Figure  6.  LSTM-based vibration prediction framework for road-rail suspension bridge

    图  7  非天窗期桥梁主跨挠度预测情况

    Figure  7.  Predicted main span deflection of bridge during non-maintenance periods

    图  8  桥梁加速度预测中损失函数随训练轮次变化规律

    Figure  8.  Variation of loss during epochs in predicting bridges accelerations

    图  9  非天窗期桥梁加速度预测效果

    Figure  9.  Prediction performance of bridge acceleration during non-maintenance periods

    表  1  荷载组合工况

    Table  1.   Load combination cases

    时段工况编号荷载组合工况
    非天窗期工况1温度荷载
    工况2温度荷载 + 风荷载
    工况3温度荷载 + 风荷载 + 公路车辆荷载
    工况4温度荷载 + 风荷载 + 公路车辆荷载 + 铁路列车荷载
    天窗期工况1温度荷载
    工况2温度荷载 + 风荷载
    工况3温度荷载 + 风荷载 + 公路车辆荷载
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-02
  • 网络出版日期:  2026-08-19
  • 刊出日期:  2026-06-30

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