土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)探析

張艾

摘要：我國(guó)的土木工程進(jìn)行的工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)系統(tǒng)都是針對(duì)特定的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)的，而我國(guó)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與識(shí)別水平還有待提高。本文就土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)進(jìn)行探析，在提出一定的結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的識(shí)別技術(shù)提出了一定的發(fā)展要求，希望會(huì)對(duì)我國(guó)土木工程的進(jìn)一步發(fā)展起到一定的作用。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)性能；檢測(cè)；識(shí)別技術(shù)

前言：

我國(guó)在對(duì)結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)測(cè)技術(shù)上具有較高水平的領(lǐng)域是在航空航天等技術(shù)中，而這項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的時(shí)間還不長(zhǎng)。雖然土木工程結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)得到了充分的重視和推廣，但是我國(guó)在土木工程領(lǐng)域中對(duì)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還處于進(jìn)一步的研究階段，因?yàn)閷?duì)工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)能夠?yàn)楣こ绦阅芴峁┛茖W(xué)的信息，可以對(duì)工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，其重要的作用不言而喻。

1 土木工程結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)方法

1.1局部檢測(cè)法

對(duì)土木工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)可以采用局部檢測(cè)法，局部檢測(cè)法具體又包括目測(cè)法、聲發(fā)射法、射線發(fā)射法以及超聲波技術(shù)等。而進(jìn)行使用局部檢測(cè)方法的條件就是要了解結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)損傷的大體位置，檢測(cè)過程中也需要應(yīng)用較精確的檢測(cè)儀器。對(duì)一些體型較大而復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)淶水局部檢測(cè)法不能檢測(cè)出整個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問題，者也就是局部檢測(cè)方法的最大缺點(diǎn)之一。

1.2整體檢測(cè)法

為了彌補(bǔ)局部檢測(cè)方法的不足，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控還可以應(yīng)用到整體檢測(cè)法。這種方法是利用結(jié)構(gòu)發(fā)證損傷前后出現(xiàn)的不同參數(shù)特征的不同而進(jìn)行結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，其具體還分為：

（1）動(dòng)力指紋法

動(dòng)力指紋法是指從動(dòng)力測(cè)試中獲取的含有結(jié)構(gòu)特性的信息，主要通過分析與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)的動(dòng)力指紋變化來判斷結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。

（2）模型修正法

這種方法主要是利用動(dòng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)而進(jìn)行條件優(yōu)化約束，在此過程中不斷修正結(jié)構(gòu)模型的剛度分布情況，從而得到結(jié)構(gòu)剛度的變化信息，利用這個(gè)信息就能夠找到結(jié)構(gòu)中損傷的具體位置以及損傷程度的判斷，這種方法更適用于對(duì)質(zhì)結(jié)構(gòu)的損失處理上。

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

這種檢測(cè)方法從人體學(xué)理論出發(fā)，利用人腦以及其他自然神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行抽象和模擬，構(gòu)成新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，大量的處理單元相互聯(lián)結(jié)并按照一定的連接方法獲取信息的聯(lián)系模式。

（4）遺傳算法

這種方法的主要實(shí)施原理為，從一組隨機(jī)產(chǎn)生的初始解進(jìn)行搜索，從而將結(jié)構(gòu)的整體情況進(jìn)行檢測(cè)的方法。這種方法以種種優(yōu)點(diǎn)成為了土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)系統(tǒng)中的主要檢測(cè)方法。

2 土木結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別技術(shù)

在近期進(jìn)行的土木工程研究項(xiàng)目中，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別技術(shù)成為了我國(guó)土木工程領(lǐng)域的重要研究課題。但是由于我國(guó)在這方面的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)條件的限制等，結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)沒有得到充分的發(fā)展。在接下來的結(jié)構(gòu)識(shí)別技術(shù)研究中，我國(guó)土木工程領(lǐng)域應(yīng)該注重對(duì)一下幾點(diǎn)的充分關(guān)注。

2.1取得精確的結(jié)構(gòu)模型

當(dāng)前的土木工程領(lǐng)域，都是在具備一定的基本條件下對(duì)于結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行預(yù)測(cè)的，對(duì)條件的具體規(guī)定體現(xiàn)在需要將客觀的系統(tǒng)進(jìn)行抽象化，形成具有一定的模型形式和參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。然而，對(duì)不同的土木工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行的模型化過程中，其本身所具備的復(fù)雜性結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致了隨機(jī)性的出現(xiàn)，也就導(dǎo)致了模型非常容易出現(xiàn)誤差。土木工程結(jié)構(gòu)所展現(xiàn)的復(fù)雜性，要求將引入的機(jī)構(gòu)連接和便捷條件等進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化和假設(shè)等，在這個(gè)基礎(chǔ)上建立的模型并不能準(zhǔn)確的反應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的細(xì)節(jié)問題，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)大量漏洞，并不具備應(yīng)用性。而伴隨著不斷更新的科技以及土木工程技術(shù)，新興的實(shí)驗(yàn)方法能夠逐漸彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)生的誤差，但是這種誤差是不能完全消失的。而新興理論和新模型的出現(xiàn)，會(huì)對(duì)土木結(jié)構(gòu)的繼續(xù)你能進(jìn)行更精確的檢測(cè)，這也是改進(jìn)結(jié)構(gòu)識(shí)別方法與結(jié)構(gòu)模型的主要原因。在現(xiàn)階段出現(xiàn)的土木工程結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)的誤差，如果不對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析，會(huì)直接造成土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)以及損傷的識(shí)別出現(xiàn)問題。所以，我國(guó)的土木工程結(jié)構(gòu)識(shí)別技術(shù)的提升還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)模型精確度的改善，使相對(duì)精確的結(jié)構(gòu)模型為土木工程的結(jié)構(gòu)檢測(cè)提供科學(xué)的信息支持。

2.2保證實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性

在土木工程建設(shè)中，不完整的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)常常成為土木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的另一個(gè)問題。不完整的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因，就是很多土木結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別方法假定結(jié)構(gòu)模型具有相同的自由度和實(shí)測(cè)自由度，而還需要結(jié)合具體的工程實(shí)際以及各種條件的限制。而結(jié)構(gòu)測(cè)試的傳感器大多數(shù)都被安置在一些有限的位置上，其進(jìn)行的檢測(cè)并不科學(xué)，不能被工程檢測(cè)所需要，尤其是在一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，對(duì)傳感器的安裝數(shù)量比較少，設(shè)備所能觸及到的工程結(jié)構(gòu)有限，這些因素也導(dǎo)致了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性。不完整的數(shù)據(jù)無法結(jié)合結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供有效的信息，在這樣條件下進(jìn)行的結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)為工程結(jié)構(gòu)識(shí)別增加了難度，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性也逐漸成為土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的重要問題。因此，土木工程檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)此問題作出更系統(tǒng)的解決方式，從技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域攻破檢測(cè)設(shè)備的安放難題，而在進(jìn)行設(shè)備安放時(shí)，工程應(yīng)該從自身的特點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)識(shí)到工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的重要性，讓更完善的數(shù)據(jù)系統(tǒng)為工程檢測(cè)服務(wù)。

2.3保證實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性

在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別時(shí)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的進(jìn)一步采集和處理，會(huì)由于電子信號(hào)產(chǎn)生的隨機(jī)誤差、傳感器的質(zhì)量問題等為工程提供了不精確的數(shù)據(jù)信息。這些因素極大的影響了對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性要求，更為土木工程結(jié)構(gòu)造成一定的影響。對(duì)工程機(jī)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別的過程中，為了使實(shí)測(cè)的自由度與模型的自由度進(jìn)行完整的匹配，都會(huì)采用模型縮聚和模態(tài)擴(kuò)展的方法，這些方法的使用也是導(dǎo)致實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)失去準(zhǔn)確性的原因。這些數(shù)據(jù)誤差的存在會(huì)掩蓋了由于工程結(jié)構(gòu)改特性改變而引發(fā)的結(jié)構(gòu)改變，也就造成了檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的錯(cuò)誤識(shí)別。在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)以及損傷的識(shí)別過程中，一些不確定因素是無法完全避免的，更是進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的巨大阻礙。這些因素從根本上限制結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，成為結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的關(guān)鍵所在。對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的識(shí)別技術(shù)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精確性能的嚴(yán)格要求，找到避免各種阻礙因素出現(xiàn)的方法，減少其他因素的干擾，將工程結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到更精確的水平，能夠?yàn)槲覈?guó)土木工程結(jié)構(gòu)識(shí)別技術(shù)整體水平的提升帶來推動(dòng)作用。

3 對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)與識(shí)別方法的總結(jié)

綜上所述，雖然我國(guó)土木工程領(lǐng)域?qū)τ诠こ探Y(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)具備一定的技術(shù)支撐，但是在具體的應(yīng)用過程中，其理論性還是大于其操作性，對(duì)監(jiān)測(cè)識(shí)別中的具體問題還應(yīng)該在具體的土木工程中做具體的研究，從而找到適應(yīng)工程特征的解決辦法，在接下來的工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)研究中，還應(yīng)該加大對(duì)其造成的誤差進(jìn)行分析，盡量減小誤差對(duì)工程檢測(cè)結(jié)果的影響，保障我國(guó)土木工程順利實(shí)施。

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