基于ASPNET与MATLAB接口隔震初步设计系统.docx

基于 与 接口隔震初步设计系统李慧，李志华，杜永峰，（ 兰州理工大学 防震减灾研究所，甘肃 兰州 ；西部土木工程防灾减灾教育部 工程研究中心，甘肃 兰州 ）摘 要：用 和 两种编程语言实现隔震初步设计系统介绍了 神经网络如何在 环境下的实现，探讨了 与 平台开发基于 接口实现方法通过 调用 神经网络函数关键代码，实现隔震初步设计系统并通过算例 介绍隔震初步设计系统的使用方法，证明初步隔震系统用户界面友好，操作简单，对工程设计具有较 好的工程应用价值关键词：隔震设计； 神经网络；中图分类号： 文献标志码：文章编号：（） ， ， ， ，（ ， ，； ，）： ，： ；隔震技术作为一种有效的抗震设计手段，目前已得到广泛的应用在 汶川地震中，隔震结构 表现出了良好的抗震性能，使得隔震技术在我国得 到了更加迅速的发展隔震结构指在基础、底部或者 下部结构与上部结构之间设置橡胶隔震支座和阻尼 装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，减少上部结构的水平地震作用，达到预期的防震要求新修订建筑抗 震设计规范（）将基础隔震扩展到层 间隔震，使隔震设计的实施过程复杂化寻找一种快 速、有效的方法和手段，在隔震结构设计的决策阶段 来完成结构的隔震初步设计，成为隔震结构应用收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（）；甘肃省科技支撑计划（）作者简介：李慧（），女，教授，博士生导师主要从事结构工程、防震减灾等方面的研究：需要解决的重要问题之一我们已经建立了隔震初步设计系统，明显提高隔震设计效率以下是依据新 修订 规 范 对 上 述 初 步 设 计 系 统 进行更新并使用 和 开发隔震初步设计系统动态服务器主页 （，）是一种应用程序环境，工作原理是：当浏览者发出 浏览请求时，服务器会自动将 的程序代码解释 为标准的 格 式 的 网 页 内 容，再 将 这 些 网 页 内容发送到浏览器采用 技术可将服务器的资 料共享，通过浏览器发布出去 可用 和 语言进行开 发，我 们 采 用 语 言进行开发，运行于 是一种著名的线性系统分析和仿真 的数学软件，并且提供了广泛的外部程序接口，通（，），其中：是创建 神经网络函数； 设 定了网络输入向量的取值范围，和输入神经 元个数是；隐层节点为；输出节点为；输入层到 隐含层传递函数为；隐含层到输出层的 传 递 函数都 为；网 络 训 练 函 数；学 习 函 数 为将训练好的神经网络通过 函数进 行测试仿真 混合编程实现方法 是一种基于 操作 系统的组件集成协议，它是一种开放式标准，允许应 用程 序 或 部 件 控 制 另 一 个 应 用 程 序 或 部 件 的 运 行 自动化协议包括 自 动 化 服 务 器 和 自 动化控制 器 两 部 分， 可 以 看 成 是 自 动 化 服务器，由其他编程驱动因此，如果已经建立了一 个 应 用 程 序 就 可 以 调 用 命 令，向 传送或从 接收矩阵首先 创 建 是 在 应 用 程 序 中 添 加 对象 库，再 创 建 自 动 化 服 务 器，这 样就可以在 中采用相应方法操作 的 对象以 语 言 为 例，其 实 现 方 法如下：（）打开已 有 工 程 文 件，点击 主菜单项目下添 加引用，从 添 加 引 用 对 话 框 中 的 选 项 找 到 （），选 中后点击下面的确定这样就在工程文件中添加了 的 对 象 库 应 用 程 序 中 创 建 自动化服务器代码如下： 过接 口 可 以 将平台 程 序 应 用 到 其 他 软 件采用 神经网络工具箱建立神经网络模型，通过 自 动 化 接 口 将 中 的 神经网络工具在 中调用，在基础隔震初 步设计系统中实现二者的混合编程，缩短了软件的 开发周期通过 可将隔震初步设计系统 通过网络进行应用和推广神经网络和 编程方法 神经网络工具箱 神经网络通常考虑三层 神经网络，即有 一个隐含层，激活函数可采用 ，可以实现神 经元输入输出的任意非线性映射，其中每个神经元 的输入输出都是非线性单调上升函数，即 ，（）（ 其中：， 分别为神经元的输入、输出， 为权值； 为阈值 个样本的误差为 ）在 创建好 的 对象，就可以进行操作了 ， （）（） ），（） 其中：为网络期望输出； 为一个样本误差采用 就 可 以 通 过 的 （ ） 优化算法训练网络时，不断对权值和阈值进行调整直到误差或训练次数达到要求 软 件 包 含 神 经 网 络 工 具 箱，在 命 令 窗口输入 打 开 工 具 箱 界 面 就 可 以 创 建 神 经 网络，也可以直接编写代码创建神经网络采用直 接编写代码建 立 神 经 网 络，如 下 代 码 创 建 神 经 网络：； 对 象 的 操 作 方 法，进 行 数 据 传 送 和 计 算 中的 对 象 有 以 下 几 种常用方法： ：调 用 来执行一条指定 的 字符串命令语句 中使用格 式为：（） ：从 传送给 一 个 一 维 或 二 维 矩 阵 中 使 用 格 式为：（ ，；言编程 实 现，功 能 二 是 采 用 技 术，用 和 混 合编程调用采用 训 练好的神 经网络函数实现最后用 技术将以上功 能在 服务器上实现， ， ）， 是 传 送 到 的变量，和是 传送给 输入矩阵的实部和虚部 ：从 传送给 一个一维 或 二 维 矩 阵中 使 用 格 式 为：（ ， ， ， ， 是 的 变 量， 和 是 变量的实部和虚部 ： 命 令窗口最大化 ： 命 令窗口最小化 ：退出 命令窗口图隔震初步设计系统流程隔震初步设计系统实现隔震初步设计系统功能实现隔 震 初 步 设 计 系 统 是 所 在 研 究 所 网 站 的 一 部 在初步隔震系统中实现计算模块中采用两个神经网络分别预测水平向 减震系数和隔震支座最大位移以水平向减震系数神 经网络为例，来说明混合编程实现首先将训练好的 网络编写为函数文件放在 默认工作空间 中，再在 工程中创建 对象，以下 为调用 神经网络函数 代码：创建 自动化服务器 （ ）调用 命令窗口最小化（）定义空矩阵（ ），分别代表实数矩阵和虚数矩阵，传 递 给 矩阵（ ， ，）定义接受 数据的空矩阵（ ）调用 默认工作空间中的神经网络函数，（ （） ）输出矩阵转置（ ）将 矩阵传递给实数矩阵 和 虚 数 矩 阵 （ ， ，）以上代码实现了 调用 神分，系统功能是运用 应用程序将隔震初步设计系统服务于工程技术人员其主要功能有两个：一是 判断结构是否适合做隔震设计，若不适合做隔震设 计则给出结果，后面程序按钮不被激活判定依据是建筑抗震设计规 范（） 条 所 规定的二是若适合做隔震设计，则激活后面程序按钮，继续输入结构信息，计算隔震初步设计结果初 步设计结果主要是求出隔震结构的水平向减震系数和隔震支座最 大 位 移，通 过 两 个 训 练 好 的 神 经 网络可以求出训练好的神经网络提取出权值和阈 值，编写成 文件的函数，以便 调用两个神经网络的具体参数如下：求水平向减震 系数的神经网络，输入量分别为：抗震设防类别、设 防烈度、场地类别、地震分组、高宽比、总质量和底层 刚度，输出量为水平向减震系数；求隔震支座最大位 移的神经网络，输入量分别为：抗震设防类别、设防 烈度、场地类别、地震分组、高宽比、底层刚度和底层 单位面积上的质量，输出量为隔震支座最大位移经过 程 序 对 输 入 输 出 数 据 进 行 归 一化处 理 和 反 归 一 化 处 理 可 显 示 出 所 需 数 据，而 只进行 仿 真 计 算隔 震 初 步 设 计 系 统 思 路可用流程如图 所示通过以上流程图可进行用户界面设计，以便用 户操作将图形界面设计好之后进行编程开发，两个模块采用不同的技术实现功能一是用 语经网络函数，其基本思路为：（） 程序处理数据传递给 数据；（）调用 神经网络函数计算求得水平向减震系数；（）将算好 的数据经过 处理显示给用户输入 个结构设计参数点击“结构是否适合隔震”进行判定是否适合隔震设计如果适合做隔震设 计，“建议”按钮被激活再输入剩下 个结构参数， 点击 “建 议 ”，算 出 可 降 低 度，支 座 最 大 位 移 为 ，隔震支座最小尺寸为如果不适合 做隔震设计，“建议”按钮不被激活，点击“关闭”按钮 退出，运行结果如图 所示基础隔震初步系统算例演示以所在研究所做的实际工程为例：某地卫校教 学楼结构设计参数见表表结构设计参数（基础隔震设计初步系统工程资料）建筑类型乙类建筑场地类型 类底层刚度（）抗震设防烈度设计地震分组设计基本加速度 度第 组风荷载产生的总水平力结构总重力隔震层的面积高宽比长宽比 图用户参数输入界面 刘乃丽 网络开发详解北京：电子工业出版社， 陈志武，沈宪章，杜大军，等基于 、 的 网 络 在储粮害虫识别中的应用电脑开发与应用，（）： 杜永峰，张冬 兵曲率模态和神经网络在损伤识别中的应用 公路交通科技，（）： 杨学超，何彩平基于 人工神经网络的路基压实度预测模 型研究甘肃科学学报，（）： 杜永峰，陈文 元小波分析与神经网络在结构损伤监测中的 应用兰州理工大学学报，（）： 飞思科技产品研 发 中 心 辅助神经网络分析与设 计北京：电子工业出版社， 王耀龙 ，梁小冰，黄萍 调用 神 经网络工具箱的实现方法现代计算机：专业版，（）：结论（）用户可以通过计算机网络进行隔震初步设 计，给工程技