基于振動(dòng)的土木工程結(jié)構(gòu)損傷診斷識(shí)別方法研究

趙望安

摘要：對(duì)土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)實(shí)際具備的安全性能進(jìn)行檢測(cè)以及評(píng)判，對(duì)國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的安全以及道路施工安全而言，發(fā)揮著十分重要的作用。下文就以振動(dòng)類(lèi)型的土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)為依據(jù)，對(duì)于其出現(xiàn)的損傷情況展開(kāi)分析以及研究工作。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)；土木工程；結(jié)構(gòu)損傷；診斷識(shí)別方法；研究

對(duì)于振動(dòng)類(lèi)型的土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷以及檢測(cè)工作，屬于現(xiàn)在對(duì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)自身安全問(wèn)題進(jìn)行評(píng)斷的一個(gè)重要的方法。一個(gè)項(xiàng)目自身的安全性能有無(wú)達(dá)標(biāo)，和社會(huì)具備的穩(wěn)定性、公民的幸福存在緊密的聯(lián)系，因此，大力關(guān)注土木項(xiàng)目這一結(jié)構(gòu)自身存在的損傷問(wèn)題，并對(duì)其開(kāi)展檢測(cè)工作就十分重要。

一、簡(jiǎn)單論述頻繁使用的診斷和識(shí)別方式

對(duì)于振動(dòng)類(lèi)型的土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷以及檢測(cè)時(shí)，頻繁使用的方式有方式五種，分別為：

第一種是使用模型進(jìn)行修正與使用指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別診斷的方式，這一方式主要是經(jīng)過(guò)對(duì)某一個(gè)處于動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行建立，將之前處于靜態(tài)的模型獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以此為前提條件，得到震動(dòng)響應(yīng)的具體數(shù)據(jù)；

第二種是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷的方式，這是一類(lèi)全新的、使用到對(duì)土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷以及檢測(cè)工作內(nèi)的模型，在對(duì)獲得的數(shù)據(jù)實(shí)施分析以及傳遞操作期間，全部是將神經(jīng)元當(dāng)作基本單元。因此，在此模型內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施保存以及分析的工作十分的快速高效。

第三種是使用動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行診斷的方式，這一參數(shù)是通過(guò)與靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比得出的?，F(xiàn)在，人們使用的動(dòng)力參數(shù)包括了：振型、模態(tài)柔度矩陣、模態(tài)曲率、能量輸送比（ETR）、頻率、功率譜、頻響函數(shù)、模態(tài)保障原則（MAC，COMAC）、傳遞函數(shù)、應(yīng)變模態(tài)等等。

第四種是使用小波進(jìn)行分析以及檢測(cè)的方式，這一方式是最近這幾年數(shù)學(xué)理論內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)分析技術(shù)的調(diào)和開(kāi)展研究工作獲得的最新成果，這一個(gè)處理方式的問(wèn)世，能夠正確的對(duì)土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的反振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行處理。導(dǎo)致之前的項(xiàng)目在具體開(kāi)展分析工作期間，使用過(guò)程中存在制約的動(dòng)態(tài)參數(shù)分析方式獲得了延伸。

第五種是使用遺傳計(jì)算進(jìn)行診斷的方式，這一方式同樣是最近這幾年發(fā)展得出的一項(xiàng)跨學(xué)科對(duì)于土木項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷以及檢測(cè)的方式。它能夠在動(dòng)態(tài)參數(shù)不超過(guò)模型本身的條件當(dāng)中，最大限度的對(duì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)具備的安全參數(shù)進(jìn)行分析[1]。

本文主要對(duì)使用模型進(jìn)行修正與使用指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別診斷的方式進(jìn)行論述，下面為其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和最終結(jié)論依據(jù)。

二、相關(guān)實(shí)驗(yàn)

對(duì)于結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)的損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷期間使用技術(shù)，其重點(diǎn)是得到最佳的結(jié)構(gòu)動(dòng)力發(fā)出響應(yīng)之后的數(shù)據(jù)。實(shí)際使用模型進(jìn)行修正與使用指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別診斷的這一方式開(kāi)展分析以及檢測(cè)工作期間，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下所述：第一，借助于自然狀態(tài)下的激勵(lì)技術(shù)（NExT），聯(lián)系特征系統(tǒng)達(dá)成計(jì)算方式（ERA），從結(jié)構(gòu)自身發(fā)出的動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)內(nèi)部，獲得結(jié)構(gòu)自身的模態(tài)參數(shù)（震動(dòng)類(lèi)型以及頻率）；第二，借助于經(jīng)過(guò)識(shí)別結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷以前以及以后的模態(tài)參數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)的損傷情況的診斷指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，借此方式確定結(jié)構(gòu)自身出現(xiàn)損傷問(wèn)題的位置以及實(shí)際受損情況。

這一分析以及檢測(cè)使用輸入未知的條件的方式，對(duì)土木項(xiàng)目的損傷情況進(jìn)行診斷。以模態(tài)應(yīng)變能力出現(xiàn)的變化率為基礎(chǔ)，對(duì)損傷問(wèn)題進(jìn)行診斷。使用質(zhì)量歸一化這類(lèi)型的振動(dòng)情況，只單方面借助于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷問(wèn)題之前以及之后的幾個(gè)環(huán)節(jié)的模態(tài)振型就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)損傷情況開(kāi)展的診斷操作，它是一類(lèi)非模型狀態(tài)的損傷診斷施工方式，不用借助于有限元模型開(kāi)展修正操作的技術(shù)。為了對(duì)這一分析以及檢測(cè)方式具備的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，另外將這一方式使用在單一損傷問(wèn)題還有大量損傷的這兩類(lèi)損傷情況進(jìn)行分析以及檢測(cè)，最終得出的結(jié)果得出，這一方式可以十分精確將框架結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)損傷問(wèn)題的位置定位出來(lái)，同時(shí)對(duì)構(gòu)件出現(xiàn)的實(shí)際損傷程度進(jìn)行了判斷，在實(shí)際使用過(guò)程中，擁有巨大的實(shí)際使用價(jià)值[2]。

三、結(jié)論分析

使用模型進(jìn)行修正與使用指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別診斷的這一方式，是站在統(tǒng)計(jì)的視角開(kāi)展工作，對(duì)于特征參數(shù)具備的不確定性還有自身在統(tǒng)計(jì)分布方面具備的特征進(jìn)行考慮，能夠借助于有關(guān)的隨機(jī)有限元模型，對(duì)于特征值方面的問(wèn)題進(jìn)行分析以及研究，以此為基礎(chǔ)對(duì)損傷情況進(jìn)行評(píng)估，還有就是借助于譜密度進(jìn)行預(yù)估的這一統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的特點(diǎn)，最終得到模態(tài)參數(shù)實(shí)現(xiàn)修正操作的概率密度，通過(guò)函數(shù)表達(dá)式的方式對(duì)出現(xiàn)的損傷情況進(jìn)行分析等，還有廣義上使用貝葉斯進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方式、規(guī)范化的方式、模糊邏輯的方式等[3]?，F(xiàn)在，對(duì)于該領(lǐng)域開(kāi)展的研究工作相對(duì)偏少，不具備充分的資料文獻(xiàn)以及相關(guān)的實(shí)例項(xiàng)目，可是，從理論學(xué)方面的前提條件來(lái)講，要擁有相對(duì)優(yōu)質(zhì)的發(fā)展前景?？梢允褂庙樞蚋怕时冗M(jìn)行測(cè)試的這一方式（SPRT），使用在對(duì)連接位置出現(xiàn)得的變化情況，對(duì)于結(jié)構(gòu)部分造成的損傷產(chǎn)生的影響實(shí)施監(jiān)測(cè)工作。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的分析方式，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)的方法得到：結(jié)構(gòu)時(shí)域出現(xiàn)響應(yīng)現(xiàn)象的一個(gè)特別的特征，是在對(duì)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)操作期間存在的兩個(gè)基礎(chǔ)的假設(shè)：

1.這一模型可以對(duì)特征進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)構(gòu)部分并未出現(xiàn)任何損傷。

2.模型不可以對(duì)特征進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)構(gòu)部分也已經(jīng)出現(xiàn)了受損現(xiàn)象。在SPRT計(jì)算方式當(dāng)中的原始公式內(nèi)，特征被設(shè)置成了高斯分布，同時(shí)并對(duì)其給出了與之對(duì)應(yīng)的閾值?？墒?，也許使用在對(duì)出現(xiàn)損傷區(qū)域的特征對(duì)于分布期間尾部區(qū)域的敏感程度進(jìn)行檢測(cè)，還有，其尾部可以不在高斯分布規(guī)定的特征要求當(dāng)中，這一時(shí)間段當(dāng)中，經(jīng)過(guò)EVS（極值分布）這一模型對(duì)其尾部區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)變，能夠使用SPRT這一計(jì)算方式當(dāng)中的閾值，由此方式預(yù)防正常情況下的假定問(wèn)題[4]。

四、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今，隨著時(shí)代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，對(duì)于工程建筑也提出了更高的要求。將其振動(dòng)特性當(dāng)作前提條件，對(duì)隱蔽項(xiàng)目出現(xiàn)的損傷問(wèn)題開(kāi)展分析的環(huán)節(jié)極為復(fù)雜，經(jīng)過(guò)制定健全的模型，使用可信賴(lài)的操作以及識(shí)別方式，對(duì)開(kāi)展研究工作的環(huán)節(jié)實(shí)施優(yōu)化操作，讓操作識(shí)別具備的便利性以及科學(xué)性得到明顯的提升，確保識(shí)別得出的結(jié)果具備的精準(zhǔn)性更好，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)提出的具體要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李雪艷，劉濟(jì)科.基于振動(dòng)特性靈敏度分析的梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，31（z1）：119.

[2]劉濟(jì)科，湯凱.基于振動(dòng)特性的損傷識(shí)別方法的研究進(jìn)展[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，43（6）：57.

[3]姜紹飛，黨永勤，蘇居儒，etal.基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，19（4）：275-278.

[4]李春源，姜作杰，官志文.土木工程結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)研究概述[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，21（1）：99+118-120.

（作者單位：浙江交工國(guó)際工程有限公司）