建筑工程結(jié)構(gòu)的損傷檢測技術(shù)

摘 要：建筑工程結(jié)構(gòu)會(huì)受到來自各種因素、不同環(huán)境的影響，例如使用過度、年久失修、環(huán)境破壞、人為損害等，無論多么優(yōu)越的建筑工程結(jié)構(gòu)都會(huì)因?yàn)樽陨砣毕菁皳p傷的加深而不能有效發(fā)揮其效果，因此檢測建筑工程結(jié)構(gòu)可十分精準(zhǔn)地檢測出缺陷位置與損傷程度，可謂具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)損傷；檢測技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU746 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）10-0218-01

1 損傷檢測技術(shù)的應(yīng)用

建筑工程結(jié)構(gòu)損傷檢測借助科技發(fā)展之力已完成了由最傳統(tǒng)、最原始的專家檢驗(yàn)一家之言向較科學(xué)、較規(guī)范的儀器檢測先進(jìn)之法的過渡，而且評(píng)定既有結(jié)構(gòu)物的可靠性從某種程度上說對(duì)科學(xué)儀器的依賴性也是只增不減。關(guān)于建筑工程結(jié)構(gòu)損傷檢測的研究工作從時(shí)間跨度上分有探索階段、發(fā)展階段和完善階段：1940～1950年是采用目測法、憑經(jīng)驗(yàn)判斷的探索階段，主要研究結(jié)構(gòu)缺陷為什么會(huì)產(chǎn)生及如何修補(bǔ)；1960～1970年是引入多種檢測及評(píng)價(jià)方法的發(fā)展階段，主要研究建筑物的檢測與評(píng)估方法；1980年之后是一系列的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)都已制定的完善階段，此階段強(qiáng)調(diào)建筑物的綜合評(píng)價(jià)并應(yīng)用到實(shí)際檢測的工作中去。

2 傳統(tǒng)的損傷檢測技術(shù)

對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測最常用的即是簡便易行的目測法，目測法作為人工檢測方法之一僅僅適用于結(jié)構(gòu)規(guī)模小、復(fù)雜程度低的結(jié)構(gòu)檢測，結(jié)構(gòu)規(guī)模與復(fù)雜程度一旦增加，應(yīng)用該法的檢測效率則會(huì)大打折扣，同時(shí)還會(huì)因部分構(gòu)件材料老化、檢測區(qū)域肉眼所不能及等原因?qū)е聶z測工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、檢測結(jié)果也不準(zhǔn)確。

無損檢測法是結(jié)構(gòu)局部損傷檢測方法的一種，僅僅適用于結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域已知的環(huán)境。應(yīng)用無損檢測技術(shù)還需要配備專業(yè)的測試設(shè)備與檢測人員，無損檢測的工作量大、強(qiáng)度高，還存在一定缺陷，即特殊部位很難檢測得到，而且在線監(jiān)測與整體損傷檢測實(shí)現(xiàn)起來也有一定的難度。

局部檢測法同樣存在諸多局限且應(yīng)用環(huán)境要求較高。例如，要預(yù)先知道建筑工程結(jié)構(gòu)缺陷的大概位置并確定結(jié)構(gòu)缺陷之間是否接近，對(duì)于部分難以到達(dá)的結(jié)構(gòu)缺陷及結(jié)構(gòu)規(guī)模較大、復(fù)雜程度較高的結(jié)構(gòu)損傷檢測，此法則毫無作用；局部檢測法需要人工定期進(jìn)行檢測，所以檢測期間部分結(jié)構(gòu)的功能會(huì)停工或禁用，這勢必會(huì)影響經(jīng)濟(jì)增長；此外，如果間隔期內(nèi)的損傷不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則會(huì)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)在線的連續(xù)監(jiān)測便無從談起。

傳統(tǒng)的目測法和無損檢測法都是針對(duì)結(jié)構(gòu)局部而言，因此對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能參數(shù)的變化很難做到有效預(yù)測，實(shí)時(shí)、在線的健康監(jiān)測和損傷檢測都難以實(shí)現(xiàn)。建筑工程結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)損傷，就會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，此種影響若能被檢測并歸類，對(duì)提高建筑工程結(jié)構(gòu)的損傷檢測技術(shù)十分有益。

3 非傳統(tǒng)的損傷檢測法

3.1 基于靜力參數(shù)的損傷診斷法

該法通過在結(jié)構(gòu)上施加靜力荷載，建立靜力平衡方程，根據(jù)實(shí)際檢測到的結(jié)果便可輕而易舉的得出包括結(jié)構(gòu)剛度、位移、應(yīng)變等在內(nèi)的靜力參數(shù)。一般在單元層次上應(yīng)用上述方法進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)損傷的檢測與識(shí)別?，F(xiàn)階段的靜力測試儀造價(jià)不高且技術(shù)先進(jìn)可靠，檢測結(jié)果較為精準(zhǔn)，但因?yàn)槠鋵?duì)試驗(yàn)環(huán)境的要求較高且工作量較大，所以并不能達(dá)到實(shí)時(shí)、在線的健康監(jiān)測和損傷檢測目的。另外，破損的結(jié)構(gòu)受到特定荷載的影響卻幾乎沒有發(fā)生形變時(shí)，想得到預(yù)期的診斷結(jié)果是有些難度的，因?yàn)榛陟o力參數(shù)的損傷診斷法本身存在一定的局限性。

3.2 基于振動(dòng)的損傷檢測法

3.2.1 動(dòng)力參數(shù)診斷法

進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)損傷檢測的主要目的除了確定是否存在損傷，還要確定損傷位置及損傷程度。動(dòng)力參數(shù)診斷法是指將通過觀察得到的包括振型、頻率、功率譜、模態(tài)曲率、應(yīng)變模態(tài)、傳遞函數(shù)、能量傳遞比、模態(tài)柔度矩陣等在內(nèi)已經(jīng)改變的動(dòng)力參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，之后通過選擇可能性最大的改變來確定結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。因?yàn)槿魏味A振動(dòng)模態(tài)相互間改變的自振頻率情況可以作為損傷位置的函數(shù)，所以可用其當(dāng)作損傷指標(biāo)；但其也存在一定局限性，例如自振頻率對(duì)局部損傷的敏感性不強(qiáng)，如果不同位置的損傷出現(xiàn)相同的自振頻率，就要結(jié)合模態(tài)振型信息或靈敏度進(jìn)行損傷定位。

3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

大量的神經(jīng)元構(gòu)成了敏感的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)信息處理工作，其通過網(wǎng)絡(luò)元件之間的相互連接與分布式聯(lián)系儲(chǔ)存、傳輸信息。網(wǎng)絡(luò)元件之間的動(dòng)態(tài)連接演化過程決定了控制、優(yōu)化與識(shí)別的難易程度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之所以被廣泛應(yīng)用于這些領(lǐng)域很大程度上取決于其強(qiáng)大的容錯(cuò)性與非線性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模態(tài)修正法及信號(hào)處理法相比，其適應(yīng)性更強(qiáng)，可適用于線性和非線性系統(tǒng)；另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)極強(qiáng)的環(huán)境振動(dòng)處理能力降低了實(shí)際工程中的應(yīng)用難度，這也是其他方法無可比擬的優(yōu)勢之一。

3.2.3 小波分析法

常規(guī)的損傷檢測發(fā)通常是檢測結(jié)構(gòu)的振型、頻率、功率譜、模態(tài)曲率等在內(nèi)的動(dòng)力參數(shù)變化情況來確定結(jié)構(gòu)的損傷位置及損傷程度，這種振動(dòng)反問題并不確定普適性，因?yàn)槿绻M(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)變化測試時(shí)出現(xiàn)了極小的誤差都會(huì)造成動(dòng)力參數(shù)識(shí)別結(jié)果有很大出入，因此應(yīng)用于實(shí)際工程中的難度很大。而小波分析法可以有效分析結(jié)構(gòu)損傷前后的時(shí)域響應(yīng)信號(hào)和頻域響應(yīng)信號(hào)，確定非線性系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性以檢測結(jié)構(gòu)的非線性，所以小波分析法特別適合用于正常信號(hào)與非正常信號(hào)之間的細(xì)微差別的識(shí)別工作當(dāng)中。

3.2.4 遺傳算法

1960年，Holland教授根據(jù)達(dá)爾文的進(jìn)化論提出了遺傳算法這一新穎的損傷檢測技術(shù)。遺傳算法是指在測試得到的信息量少的環(huán)境下能夠快速確定結(jié)構(gòu)的損傷位置及損傷程度，就算模態(tài)信息不完整，也不會(huì)影響到該方法的擇優(yōu)能力。

3.2.5 布里淵散射光時(shí)域反射測量技術(shù)

布里淵散射光時(shí)域反射測量技術(shù)是當(dāng)前領(lǐng)先國際的一項(xiàng)發(fā)展成熟的高端技術(shù)，其工作原理是利用光纖中的自然布里淵散射光的頻移變化量與光纖所受的軸向應(yīng)變之間的線性關(guān)系得到光纖的軸向應(yīng)變。與傳統(tǒng)的損傷檢測法相比，其具有分布式、長距離、光纖耐久性好且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線的健康監(jiān)測和損傷檢測等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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