混凝土無(wú)損檢測(cè)方法

摘 要：混凝土是土木工程中最重要的材料之一，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的安全。直接在結(jié)構(gòu)上檢測(cè)混凝土工程質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成為混凝土工程質(zhì)量控制和質(zhì)量事故處理的重要手段。本文主要對(duì)結(jié)構(gòu)損傷智能檢測(cè)方法做出簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：混凝土;無(wú)損檢測(cè);檢測(cè)方法

混凝土無(wú)損檢測(cè)是指在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的條件下，在構(gòu)件原位上對(duì)混凝土強(qiáng)度和缺陷等進(jìn)行直接定量的檢測(cè)。依據(jù)不同的檢測(cè)目的通?？煞譃橐韵挛宕箢悾?/p>

①結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè);

②結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)，如混凝土裂縫、混凝土結(jié)合面質(zhì)量、混凝土損傷層、不密實(shí)區(qū)和孔洞等;

③幾何尺寸檢測(cè)，如鋼筋位置、鋼筋保護(hù)層厚度、板面厚度等;

④結(jié)構(gòu)工程混凝土強(qiáng)度、質(zhì)量的均勻性檢測(cè)和控制;

⑤建筑物理特性的檢測(cè)，如防水、熱工、隔聲等。

有時(shí)為了達(dá)到同一檢測(cè)目的，可選用不同的檢測(cè)方法，檢測(cè)者可以根據(jù)具體情況選用最合適的檢測(cè)方法。

對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要是目測(cè)法和基于儀檢器的局部檢測(cè)法。目測(cè)法的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于檢測(cè)人員的專業(yè)水平和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，而且目測(cè)法只能發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的缺陷，對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷則無(wú)法檢測(cè)。基于儀器的局部損傷檢測(cè)方法常用的主要是前文中介紹的幾種方法，但是它們的缺點(diǎn)是必須事先知道結(jié)構(gòu)損傷的大致位置，并且結(jié)構(gòu)中這些位置必須容易接近。檢測(cè)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)且費(fèi)用昂貴，檢測(cè)過(guò)程中要中斷結(jié)構(gòu)的使用。因此這些方法在實(shí)際工程應(yīng)用中受到了限制。

針對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法存在的缺陷，近年來(lái)基于結(jié)構(gòu)整體參數(shù)的損傷檢測(cè)方法成為研究的主要方向。其中主要分為兩大類：基于靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法和基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法。前者由于測(cè)量的信息較少難以得到理想的識(shí)別結(jié)果，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)變形影響較小的損傷構(gòu)件難以識(shí)別。目前的研究還處于發(fā)展階段。隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理與分析技術(shù)、傳感器技術(shù)等的飛速發(fā)展，基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中利用模態(tài)參數(shù)進(jìn)行損傷識(shí)別是應(yīng)用的最廣泛的方法，選擇不同的模態(tài)參數(shù)對(duì)于損傷識(shí)別的難易程度和準(zhǔn)確性都有重要的影響。以下將對(duì)幾種結(jié)構(gòu)智能損傷檢測(cè)方法的原理及研究狀況作簡(jiǎn)要的介紹：

1.基于固有頻率變化的損傷檢測(cè)

結(jié)構(gòu)的損傷將造成結(jié)構(gòu)固有頻率的變化，因此可以通過(guò)檢測(cè)結(jié)構(gòu)固有頻率的變化來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的損傷狀況。早在1969年Lifshitz和Rotem就提出通過(guò)結(jié)構(gòu)頻率的變化來(lái)進(jìn)行損傷檢測(cè)至今基于結(jié)構(gòu)頻率變化的損傷檢測(cè)已經(jīng)發(fā)表了大量文獻(xiàn)，Salawu對(duì)這方面的文獻(xiàn)作了全面的綜述。 stubbs和Osegueda提出了結(jié)合敏感性分析的結(jié)構(gòu)頻率改變的損傷定位及損傷程度判斷。

但是利用頻率作為損傷指標(biāo)有其難以克服的缺點(diǎn)，首先因?yàn)轭l率是結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)態(tài)特性，難以反應(yīng)結(jié)構(gòu)的局部損傷。其次，高階頻率相比與低階頻率對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷敏感，但是對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)高階頻率難以獲取和識(shí)別。

2.基于振型變化的損傷檢測(cè)

基于振型變化的損傷檢測(cè)是利用損傷前振型與損傷后振型的差值與損傷前振型的比值作為損傷識(shí)別參數(shù)。該方法多采用模態(tài)保證準(zhǔn)則（MAC）和坐標(biāo)模態(tài)保證準(zhǔn)則（COMAC）。 Ndambi等比較了基于MAC、 COMAC.頻率、柔度矩陣、模態(tài)應(yīng)變能變化識(shí)別鋼筋混凝土梁損傷的能力通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)利用MAC的變化只能檢測(cè)出結(jié)構(gòu)發(fā)生了損傷，而不能判斷出損傷發(fā)生的位置和損傷程度。利用COMAC的變化可以判斷出對(duì)稱加載的損傷位置，但對(duì)于非對(duì)稱加載則不能檢測(cè)。

3.基于殘余力向量的損傷檢測(cè)

利用殘余力檢測(cè)損傷的原理是損傷單元對(duì)應(yīng)的殘余力向量元素不為零，因此該方法在進(jìn)行損傷檢測(cè)時(shí)不需要知道損傷后的結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，而只需知道損傷前的質(zhì)量和剛度矩陣以及損傷后的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。

周先雁等運(yùn)用該方法對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型的損傷進(jìn)行了準(zhǔn)確的定位。Rao等利用殘余力向量構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)并結(jié)合遺傳算法對(duì)懸臂梁、平面桁架等不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)均取得了很好的效果。

4.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的損傷檢測(cè)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是模擬大腦的神經(jīng)元構(gòu)筑的一種大型網(wǎng)絡(luò)，它具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶、綜合處理等信息處理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法用于損傷檢測(cè)的基本原理是：首先用無(wú)損系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù);然后將系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)是成功的，無(wú)損結(jié)構(gòu)的輸出結(jié)果應(yīng)當(dāng)差別不大，相反有損傷結(jié)構(gòu)的輸出結(jié)果則會(huì)有較大的差異。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷識(shí)別多采用BP網(wǎng)絡(luò)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法較成熟等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)在于收斂速度慢且容易收斂到局部最優(yōu)解。針對(duì)此缺點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展了概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。王柏生等運(yùn)用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷位置進(jìn)行了識(shí)別，并與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果作了比較。對(duì)比可知，無(wú)論是否在樣本中加入噪聲，概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別結(jié)果都優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

通過(guò)以上對(duì)常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的介紹可知，每種無(wú)損檢測(cè)方法的適用范圍各不相同，影響檢測(cè)結(jié)果的因素也有較大的差異。通常根據(jù)檢測(cè)目的和檢測(cè)對(duì)象的不同需要選用不同的檢測(cè)方法，對(duì)于同一檢測(cè)對(duì)象有時(shí)也會(huì)選用不同的檢測(cè)方法。但是對(duì)于不同的檢測(cè)方法和不同時(shí)期所測(cè)得的結(jié)果往往是相互獨(dú)立的。一方面對(duì)于不同的檢測(cè)方法測(cè)得的結(jié)果很難進(jìn)行對(duì)比分析，即使超聲-回彈綜合法可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種方法所得結(jié)果的相互修正，它所建立的測(cè)強(qiáng)曲線也是十分粗糙的。另一方面對(duì)于不同時(shí)期的檢測(cè)結(jié)果僅僅是反映了結(jié)構(gòu)在該時(shí)段的質(zhì)量，未能形成反應(yīng)質(zhì)量變化的記錄曲線。如何改變這種檢測(cè)結(jié)果相互割裂的狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種檢測(cè)方法的綜合并且形成對(duì)工程質(zhì)量變化的監(jiān)測(cè)，是檢測(cè)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中值得研究的一個(gè)問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為這個(gè)問(wèn)題的解決提供了可能性。

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