Safety analysis of high-speed trains on bridges under earthquakes using a LSTM-RNN-based surrogate model

稳健性(进化) 计算机科学 火车 循环神经网络 替代模型 超参数 非线性系统 人工智能 人工神经网络 机器学习 算法 生物化学 化学 物理 地图学 量子力学 基因 地理
作者
Han Zhao,Biao Wei,Peng Zhang,Peidong Guo,Zhanjun Shao,Shipeng Xu,Lizhong Jiang,Huifang Hu,Yingying Zeng,Ping Xiang
出处
期刊:Computers & Structures [Elsevier BV]
卷期号:294: 107274-107274 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.compstruc.2024.107274
摘要

In this paper, a novel method is proposed to predict the nonlinear seismic response of train-bridge coupled (TBC) systems by utilizing a long short-term memory (LSTM) recurrent neural network (RNN) based surrogate model. The surrogate model employed in this paper adopts a unidirectional multi-layer stacked LSTM architecture and implements sliding time windows for recursive calculation. The evaluation metrics used to assess the model’s performance have been enhanced to account for sensitivity variations in response amplitudes and to mitigate the phase-sensitive issues encountered with traditional evaluation metrics. Furthermore, network hyperparameters are carefully selected and presented for reference, and the surrogate model’s generalization ability is examined under different seismic scenarios. The results demonstrate that the LSTM-RNN-based model exhibits excellent computational accuracy and robustness when confronted with various types of seismic waves and system parameters. This approach offers fresh insights in situations where conventional numerical methods face limitations, such as rapid seismic response predictions in urban areas and simplifications for seismic design of high-speed railways. Overall, this paper contributes to the state of the art by introducing a novel approach that effectively predicts the nonlinear seismic response of TBC systems, addressing the increasing complexity and demands for accuracy and efficiency.
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