淺議土木工程損傷檢測(cè)技術(shù)

劉漢卿

摘要：土木工程的質(zhì)量是保證建筑物穩(wěn)定的基礎(chǔ)，由于建筑物的長(zhǎng)久使用，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生腐蝕，此外建筑還會(huì)受到地震等自然災(zāi)害的影響，建筑結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，所以要對(duì)土木功能的性能進(jìn)行必要的損傷檢測(cè)，損傷檢測(cè)技術(shù)有多種，技術(shù)的應(yīng)用要結(jié)合土木工程的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：土木工程;損傷檢測(cè)

近些年來(lái)，土木工程在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展，人們也越來(lái)越關(guān)心居住質(zhì)量的提高。土木工程的結(jié)構(gòu)是人們工作、生活、學(xué)習(xí)環(huán)境中的重要支撐，只有確保土木工程的結(jié)構(gòu)安全，才能使人們的日常生活得以順利進(jìn)行。一旦土木工程的結(jié)構(gòu)難以保證，就勢(shì)必會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的威脅。因此，對(duì)土木工程的損傷程度及類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，評(píng)價(jià)土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況具有十分重要的意義。

一、土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)研究

在土木工程中，砌體結(jié)構(gòu)起到至關(guān)重要的支撐作用，它也是土木工程結(jié)構(gòu)中最為常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法主要分為兩種形式，一種是動(dòng)態(tài)檢測(cè)形式，另一種是靜態(tài)檢測(cè)形式。不論哪種檢測(cè)形式，基于土木工程結(jié)構(gòu)的使用特點(diǎn)，都需要確保檢測(cè)技術(shù)具備較高的精準(zhǔn)度。砌體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)技術(shù)的主要方法包括回彈法與鉆芯法，在選擇檢測(cè)方法時(shí)，需要依據(jù)砌體結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成材料來(lái)進(jìn)行確定。例如，土木工程的砌體結(jié)構(gòu)為石塊砌體時(shí)，利用鉆芯法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)最為合適，則如果砌體結(jié)構(gòu)為紅磚組成，則可以通過(guò)回彈法與鉆芯法結(jié)合使用最為合適。在對(duì)土木工程的砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)人員需要將砌體結(jié)構(gòu)中的自重砂漿輕度作為檢測(cè)參數(shù)，并利用推出法與筒壓法來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。推出法的檢測(cè)流程相比于筒壓法來(lái)說(shuō)要更為簡(jiǎn)單，它不需要進(jìn)行任何取樣，檢測(cè)人員可以通過(guò)推出儀來(lái)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)中的砌塊進(jìn)行推出操作，從而得出推出砌塊時(shí)的力度與砌體的砂漿飽滿(mǎn)情況來(lái)判斷出砌體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量能否滿(mǎn)足要求。

二、土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法研究

（一）局部損傷識(shí)別方法

局部損傷識(shí)別方法有很多，比較常見(jiàn)的有聲發(fā)射法、回彈法、發(fā)射光譜法、射線(xiàn)塵法、脈沖回波法等，這些方法都屬于局部損傷識(shí)別方法，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)中的裂縫位置進(jìn)行精確的檢查與識(shí)別。此外，在對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部損傷識(shí)別時(shí)，還可以通過(guò)將這些方法進(jìn)行結(jié)合實(shí)合來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)中的實(shí)際損傷情況進(jìn)行共同識(shí)別。通過(guò)這些識(shí)別方法的使用，不僅能夠?qū)Y(jié)構(gòu)中的損傷程度進(jìn)行精確識(shí)別，還能夠?qū)ν聊竟こ探Y(jié)構(gòu)中的損傷類(lèi)型及損傷位置進(jìn)行精確的識(shí)別。

（二）整體結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法

土木工程結(jié)構(gòu)中包含著大量的剛度、阻尼、質(zhì)量等物理參數(shù)，這也使其成為一種非常復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)土木工程結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生損傷時(shí)，其整個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)產(chǎn)生重大變化。因此，對(duì)整體結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別與判斷，可以通過(guò)其參數(shù)變化來(lái)進(jìn)行確定，而整體結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法便是依據(jù)該原理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。

三、整體結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法

（一）模型修正法

模型修正法是通過(guò)土木工程結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建來(lái)對(duì)其約束條件進(jìn)行優(yōu)化與動(dòng)力測(cè)試的一種損傷識(shí)別方法，它能夠在某種程度上對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)中的阻尼、質(zhì)量、剛度等特性進(jìn)行修正。模型修正法的結(jié)構(gòu)測(cè)試響應(yīng)與最大響應(yīng)基本相同，它能夠通過(guò)對(duì)模型矩陣和基線(xiàn)模型矩陣進(jìn)行修正，然后將兩者進(jìn)行比較的方式，以此完成對(duì)土木工程的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與判斷。

（二）遺傳算法

遺傳算法是根據(jù)自然界中的物競(jìng)天擇生存法則逐漸演變出來(lái)的，它主要是以適者生存、優(yōu)勝劣汰的原則來(lái)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行識(shí)別的，采用這種方法能夠求出土木工程結(jié)構(gòu)的最佳狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算的方式將各個(gè)目標(biāo)解進(jìn)行求出，并通過(guò)共同搜索的方式來(lái)對(duì)這些目標(biāo)解進(jìn)行分別優(yōu)化，以此篩選出最佳的目標(biāo)解。遺傳算法在土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的適用性非常強(qiáng)，操作也較為簡(jiǎn)單，其尤為適合那些信息量較少時(shí)結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別與判定，即使結(jié)構(gòu)中的模態(tài)信息缺失，也不會(huì)給遺傳算法的識(shí)別結(jié)果帶來(lái)影響。

（三）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法也是土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的一種檢測(cè)方法，它是通過(guò)對(duì)人體神經(jīng)機(jī)理進(jìn)行模擬的方式來(lái)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與研究的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法同時(shí)兼顧了強(qiáng)大的并行計(jì)算能力與自我學(xué)習(xí)能力，并且具備較高的容錯(cuò)率，能夠依靠神經(jīng)功能中的擴(kuò)散、聯(lián)想與綜合，通過(guò)黑水識(shí)別的方式來(lái)消除損失識(shí)別過(guò)程中產(chǎn)生的高分貝噪音與檢測(cè)損失，這也使其在土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中成為一項(xiàng)非常重要的檢測(cè)方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能夠根據(jù)不同狀態(tài)下的土木工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不同反應(yīng)，來(lái)對(duì)這些反應(yīng)的特征值進(jìn)行提取，并將結(jié)構(gòu)損傷的敏感參數(shù)作為該算法的輸入向量，以此輸出與之相匹配的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，以此形成輸入?yún)?shù)和輸出狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的特征關(guān)系，并且，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法還能根據(jù)其強(qiáng)大的并行計(jì)算能力來(lái)對(duì)模式進(jìn)行分類(lèi)，以此對(duì)結(jié)構(gòu)損傷模式進(jìn)行某種程度上的真實(shí)反應(yīng)。

（四）動(dòng)力指紋法

當(dāng)土木工程的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)在某種程度上產(chǎn)生變化，進(jìn)而造成其自身動(dòng)力特性發(fā)生改變，而動(dòng)力指紋法便是依據(jù)結(jié)構(gòu)中動(dòng)力特性的改變來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行識(shí)別的。動(dòng)力指紋中最常用到的動(dòng)力特性主要包括振型、應(yīng)變模態(tài)、頻響函數(shù)、坐標(biāo)模態(tài)保證準(zhǔn)則、頻率、模態(tài)曲率、柔度等，在動(dòng)力指紋法中，對(duì)單一的動(dòng)力特征進(jìn)行識(shí)別的方法主要有振型差法、曲率模態(tài)法、頻率比法等，對(duì)多種動(dòng)力特征進(jìn)行識(shí)別的方法主要有剛度差陣、能量損傷指紋、柔度差陣、能量商差指紋等。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)技術(shù)與損傷識(shí)別方法已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，在研究進(jìn)展上也取得了較大突破。不過(guò)，目前我國(guó)在土木工程結(jié)構(gòu)的檢測(cè)技術(shù)與損傷識(shí)別方法的研究方面仍舊有待深入，這就需要我們秉承著堅(jiān)持不懈的精神來(lái)進(jìn)行鉆研與創(chuàng)新，才能使結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)與損傷識(shí)別方法得到不斷發(fā)展，為人們創(chuàng)造一個(gè)健康、舒適、安全的生活環(huán)境。

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