土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測與識別技術(shù)探析

張艾

摘要：我國的土木工程進(jìn)行的工程結(jié)構(gòu)性能檢測系統(tǒng)都是針對特定的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行單獨的設(shè)計的，而我國對土木工程結(jié)構(gòu)的檢測與識別水平還有待提高。本文就土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測與識別技術(shù)進(jìn)行探析，在提出一定的結(jié)構(gòu)性能檢測方法的基礎(chǔ)上，對工程結(jié)構(gòu)的識別技術(shù)提出了一定的發(fā)展要求，希望會對我國土木工程的進(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；識別技術(shù)

前言：

我國在對結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)測技術(shù)上具有較高水平的領(lǐng)域是在航空航天等技術(shù)中，而這項技術(shù)被應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的時間還不長。雖然土木工程結(jié)構(gòu)的性能檢測系統(tǒng)已經(jīng)得到了充分的重視和推廣，但是我國在土木工程領(lǐng)域中對檢測技術(shù)的應(yīng)用還處于進(jìn)一步的研究階段，因為對工程結(jié)構(gòu)的檢測能夠為工程性能提供科學(xué)的信息，可以對工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷進(jìn)行及時維護(hù)，其重要的作用不言而喻。

1 土木工程結(jié)構(gòu)的性能檢測方法

1.1局部檢測法

對土木工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測可以采用局部檢測法，局部檢測法具體又包括目測法、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，檢測過程中也需要應(yīng)用較精確的檢測儀器。對一些體型較大而復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)淶水局部檢測法不能檢測出整個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問題，者也就是局部檢測方法的最大缺點之一。

1.2整體檢測法

為了彌補局部檢測方法的不足，對土木工程結(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，其具體還分為：

（1）動力指紋法

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

（2）模型修正法

這種方法主要是利用動力試驗的數(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

這種方法的主要實施原理為，從一組隨機產(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)行檢測的方法。這種方法以種種優(yōu)點成為了土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測系統(tǒng)中的主要檢測方法。

2 土木結(jié)構(gòu)損傷的識別技術(shù)

在近期進(jìn)行的土木工程研究項目中，對土木工程結(jié)構(gòu)損傷的識別技術(shù)成為了我國土木工程領(lǐng)域的重要研究課題。但是由于我國在這方面的實驗檢測技術(shù)和現(xiàn)場條件的限制等，結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)沒有得到充分的發(fā)展。在接下來的結(jié)構(gòu)識別技術(shù)研究中，我國土木工程領(lǐng)域應(yīng)該注重對一下幾點的充分關(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于結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行預(yù)測的，對條件的具體規(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，要求將引入的機構(gòu)連接和便捷條件等進(jìn)行一定的簡化和假設(shè)等，在這個基礎(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)，新興的實驗方法能夠逐漸彌補結(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)，會對土木結(jié)構(gòu)的繼續(xù)你能進(jìn)行更精確的檢測，這也是改進(jìn)結(jié)構(gòu)識別方法與結(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，如果不對其進(jìn)行仔細(xì)分析，會直接造成土木工程結(jié)構(gòu)檢測以及損傷的識別出現(xiàn)問題。所以，我國的土木工程結(jié)構(gòu)識別技術(shù)的提升還應(yīng)該加強對模型精確度的改善，使相對精確的結(jié)構(gòu)模型為土木工程的結(jié)構(gòu)檢測提供科學(xué)的信息支持。

2.2保證實測數(shù)據(jù)的完整性

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

2.3保證實測數(shù)據(jù)的精確性

在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測識別時，對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行的進(jìn)一步采集和處理，會由于電子信號產(chǎn)生的隨機誤差、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實測數(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。對工程機構(gòu)進(jìn)行損傷識別的過程中，為了使實測的自由度與模型的自由度進(jìn)行完整的匹配，都會采用模型縮聚和模態(tài)擴展的方法，這些方法的使用也是導(dǎo)致實測數(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，也就造成了檢測系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)損傷的錯誤識別。在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)的檢測以及損傷的識別過程中，一些不確定因素是無法完全避免的，更是進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識別的巨大阻礙。這些因素從根本上限制結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，成為結(jié)構(gòu)損傷識別的關(guān)鍵所在。對土木工程結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的識別技術(shù)應(yīng)該加強對實測數(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)實測數(shù)據(jù)達(dá)到更精確的水平，能夠為我國土木工程結(jié)構(gòu)識別技術(shù)整體水平的提升帶來推動作用。

3 對土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)與識別方法的總結(jié)

綜上所述，雖然我國土木工程領(lǐng)域?qū)τ诠こ探Y(jié)構(gòu)的監(jiān)測具備一定的技術(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，對監(jiān)測識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)測研究中，還應(yīng)該加大對其造成的誤差進(jìn)行分析，盡量減小誤差對工程檢測結(jié)果的影響，保障我國土木工程順利實施。

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