关于土木工程中的结构损伤断定问题研究

关于土木工程中的结构损伤断定问题研究

在长时间的使用下，土木工程结构由于环境的变化、结构被腐蚀、材料老化、长期承载等因素导致了使用功能的退化。因此关于土木工程中的结构损伤断定问题已经在近些内引起了国内外的学者进行了研究，也形成了一些有效的方法。本文通过对结构损伤的分析，介绍了几种目前使用的土木工程中结构损伤断定的方法。

关键字：土木工程 结构损伤 断定

现代，由于社会、经济、技术的不断发展，土木工程建筑也不断出现在城市的各个角落，土木工程已经和人们的生活息息相关了。土木工程的安全关系到人们的生命财产的安全，因此对于关于土木工程中的结构损伤断定问题的研究变得尤其重要。目前，对于土木工程中结构损伤断定的研究也受到各界人士的关注，各种方式和方法也不断的被研发出来，使土木工程损伤断定的技术更加成熟和完善。

1、结构损伤概述及其结构损伤断定的发展 1.1结构损伤概述

结构损伤其本质就是发生的一些结构性态的改变，而对于结构损伤的断定其实就是通过其结构性态的改变而去断定其结构损伤的整体情况。对于土木工程结构损伤断定主要研究包括损伤的指示，即对于已经出现异常的结构的警示。其次是找出结构发生损伤的位置。最后确定出结构损伤的程度，给出确定的损伤指标。

1.2结构损伤断定的发展

对于土木工程结构损伤的断定的研究已经有着许久的历史，从国际范围来看主要是经历了三个阶段：首先是上个世纪四五十年代的思考探索阶段，主要是寻找出结构损伤产生的主要原因以及修补的办法。这个阶段的研究法师主要是通过目测和自身的经验。其次是对于结构损伤断定研究的发展阶段，处于上个世纪六七十年代，主要是对检测方法的研究，提出了包括物理检测，破损检测、无破损检测等的几十种检测方式，还提出了模糊评价、分项评价等多种的评价方式。到了上个世纪的八十年代，对于结构损伤断定研究进入了一个完善的阶段，对于断定的方法制定了一系列相关的标准和规范，强调对于结构损伤断定的综合评价。

近几年来，由于天气状况，地址灾害，给我国的土木建筑工程带来了巨大的危害，尤其是对桥梁、大坝等不同程度的造成了损伤。对于土木建筑工程进行检测最重要的就是确定结构损伤的位置以及损伤的程度。如果能在灾难到来之前，对于土木工程的结构损伤进行全面的评估，并且及时的加强修复，那么会大大降低人员和财产的损失。因此对于土木工程结构损伤断定的研究具有重要的意义。

2、土木工程中的結构损伤断定的方法 2.1物理断定方法

物理检测技术很早就被应用于土木工程的结构缺陷的检测，其主要的方法有发射光谱法、回弹法、声发射法、射线检测法、超声波发射法等等。这些方法能对一定部件的损伤进行检测，实际的应用中要综合其中的多种方法对土木工程结构损伤进行断定，下面就是三种最常用的方法。

（1）射线检测法

利用X射线结合直线加速器对于工程的结构缺陷情况进行检测，对于结构内部的缺陷的位置和形状，确定其结构损伤的结果，为维修工程做参考之用。

（2）超声波检测法

超声波在不同材料中的衰减性不同，利用超声波遇到不同的介质能够反射的性质来进行检测，这种方法主要的优点是成本低、灵敏度高、快速，具有良好的导向性。

（3）声发射法

利用声发射的探头将发射源发射出来的弹性波转换成为电信号，经过特定仪器的放大处理后得到一系列的系统参数，从而推测出结构内部发射源，也就是结构损伤的具体位置，这种方式是对活动性缺陷进行动态的检测。

2.2基于固有频率的损伤断定法

结构的固有频率是表示结构固有的特性的整体量，固有频率是结构最为基本的参数，其识别度高并且最容易获得。当结构的局部出现损伤的时候，结构的固有频率就会相应的发生变化，刚度的降低会使得结构的固有频率加大，并且测量的误差较小，因此固有频率一直被当做结构损伤诊断的标示量。但是固有频率对于损伤的位置不具有敏感性，不同位置的损伤可能会引起相同的频率变化。并且在结构不同位置的损伤对于各阶固有频率的影响也是不相同的。因此固有频率的损伤断定法不适用于在大型结构在线损伤的断定。

2.3 基于固有频率的损伤断定法 考虑到固有频率产生问题，结构的固有振型断定方式就可以包含更多的损伤信息，对结构的局部变化比较敏感，对于结构损伤的定位更加准确。利用结构的固有振型来断定损伤通常是用位移类参数和以应变类参数作为基础来定位的。这种方式通常要建立初始状态的有限元模型作为测定的基准，用固定振型的测量数据来修正结构模型，通过比较修正前后的物理模型参数来识别结构的损伤情况。但是由于系统噪声和观测噪声的影响存在着很大的测量误差，而特征振型的变化又被测量误差掩盖，给基于固定振型的断定方法在实际应用中造成了许多困难。除此之外，振型的测量需要比较密集的测点，但是实际条件的限制，其观测数据是不完整的。

2.4 基于能量变化的损伤断定法

基于能量变化的损伤断定法有两种，一种是模态应变能，这种方法是定义了每个单元的模态应变能和它的计算方式，之后通过结构损伤前后每个单元模态应变能的变化来断定损伤的位置以及损伤的程度。这种方法比较简单有效，被广泛的应用于实际的使用中。另一种是能量传递比，其基本模式是定义某种循环中的模态传递的能量与系统总能量之比为模态能量传递比。如果在这个传递的过程中出现损伤的情况，能量传递比就会发生变化。其可以确定损伤的大致位置。但是这两种方法都容易受到噪声的影响，因此在实际使用中采用多阶模态叠加的方式，能够大大加强结构损伤断定的准确度。

2.5 神经网络方法

神经网络的方法是上个世纪研究出来的一种模拟生物神经系统的一种研究客观事物的新的方式。由大量神经元连接成的神经网络，是通过神经元之间的相互作用来进行信息的处理的，其信息的存储形式表现为网络元件互连间分布式的物理联系。因此，神经网络具有很强的自我学习的能力、并行计算的能力，并且具有较强的容错性，较强的非线性性能，容易进行联想和推广。神经网络被广泛的应用在控制、识别等方面，尤其是土木工程的损伤结构断定的研究之中，它的适应能力、处理环境震动能力都较强，是土木工程领域诊断的有效的工具。其进行结构损伤断定的主要模式是根据结构在不同状态下的反应，提取损伤的特征，

将损伤敏感参数作为输入向量将损伤的状态作为输出的向量，建立其映射关系，以当前的结构判别出结构损伤的模式。

结论：

关于土木工程的结构损伤断定方法作为一门新兴的多学科领域知识交叉的学科，处于一种不断发展的状态。目前，对于土木工程结构损伤的断定所做的研究已经逐步深入，针对不同的问题，已经研究出了许多方法。但是对于损伤的断定仍旧处于一个初始的阶段，各方面的研究都还不够成熟，存在着许多的问题等待解决，比如发展更加可靠的损伤断定的指标，研究环境参数、实验参数等对于断定损伤的影响程度等等问题。

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