The dynamic structural load identification capabilities of the gated recurrent unit, long short-term memory, and convolutional neural networks are examined herein. The examination is on realistic small dataset training conditions and on a comparative view to the physics-based residual Kalman filter (RKF). The dynamic load identification suffers from the uncertainty related to obtaining poor predictions when in civil engineering applications only a low number of tests are performed or are available, or when the structural model is unidentifiable. In considering the methods, first, a simulated structure is investigated under a shaker excitation at the top floor. Second, a building in California is investigated under seismic base excitation, which results in loading for all degrees of freedom. Finally, the International Association for Structural Control-American Society of Civil Engineers (IASC-ASCE) structural health monitoring benchmark problem is examined for impact and instant loading conditions. Importantly, the methods are shown to outperform each other on different loading scenarios, while the RKF is shown to outperform the networks in physically parametrized identifiable cases.


翻译:本文研究了门控循环单元、长短期记忆网络和卷积神经网络在动态结构荷载识别中的性能。研究基于实际小数据集训练条件,并与基于物理的残差卡尔曼滤波器进行对比分析。动态荷载识别面临以下不确定性挑战:在土木工程应用中,当仅进行或可获得少量测试时,或当结构模型不可辨识时,往往导致预测精度不足。研究方法首先通过顶部楼层振动器激励下的模拟结构进行验证;其次以加利福尼亚州某建筑为对象,研究其在地震基底激励下所有自由度的荷载响应;最后基于国际结构控制协会-美国土木工程师学会结构健康监测基准问题,考察冲击荷载与瞬时荷载工况。值得注意的是,不同方法在不同荷载场景中表现出相对优势,而在物理参数可辨识条件下,残差卡尔曼滤波器的性能优于神经网络。

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