混凝土無損檢測方法

摘 要：混凝土是土木工程中最重要的材料之一，它的質量優劣直接關系到工程結構的安全。直接在結構上檢測混凝土工程質量的無損檢測技術，已經成為混凝土工程質量控制和質量事故處理的重要手段。本文主要對結構損傷智能檢測方法做出簡要分析。

關鍵詞：混凝土;無損檢測;檢測方法

混凝土無損檢測是指在不破壞混凝土結構構件的條件下，在構件原位上對混凝土強度和缺陷等進行直接定量的檢測。依據不同的檢測目的通常可分為以下五大類：

①結構構件混凝土強度檢測;

②結構構件混凝土內部缺陷檢測，如混凝土裂縫、混凝土結合面質量、混凝土損傷層、不密實區和孔洞等;

③幾何尺寸檢測，如鋼筋位置、鋼筋保護層厚度、板面厚度等;

④結構工程混凝土強度、質量的均勻性檢測和控制;

⑤建筑物理特性的檢測，如防水、熱工、隔聲等。

有時為了達到同一檢測目的，可選用不同的檢測方法，檢測者可以根據具體情況選用最合適的檢測方法。

對于結構損傷的檢測，傳統的檢測方法主要是目測法和基于儀檢器的局部檢測法。目測法的準確性在很大程度上依賴于檢測人員的專業水平和檢測經驗，而且目測法只能發現結構表面的缺陷，對于結構內部的缺陷則無法檢測。基于儀器的局部損傷檢測方法常用的主要是前文中介紹的幾種方法，但是它們的缺點是必須事先知道結構損傷的大致位置，并且結構中這些位置必須容易接近。檢測所需要的時間較長且費用昂貴，檢測過程中要中斷結構的使用。因此這些方法在實際工程應用中受到了限制。

針對傳統結構損傷檢測方法存在的缺陷，近年來基于結構整體參數的損傷檢測方法成為研究的主要方向。其中主要分為兩大類：基于靜態測量數據的結構損傷檢測方法和基于動力特性的結構損傷檢測方法。前者由于測量的信息較少難以得到理想的識別結果，同時對于結構變形影響較小的損傷構件難以識別。目前的研究還處于發展階段。隨著近年來計算機技術、信息處理與分析技術、傳感器技術等的飛速發展，基于動力特性的結構損傷檢測已成為國內外的研究熱點。其中利用模態參數進行損傷識別是應用的最廣泛的方法，選擇不同的模態參數對于損傷識別的難易程度和準確性都有重要的影響。以下將對幾種結構智能損傷檢測方法的原理及研究狀況作簡要的介紹：

1.基于固有頻率變化的損傷檢測

結構的損傷將造成結構固有頻率的變化，因此可以通過檢測結構固有頻率的變化來判斷結構的損傷狀況。早在1969年Lifshitz和Rotem就提出通過結構頻率的變化來進行損傷檢測至今基于結構頻率變化的損傷檢測已經發表了大量文獻，Salawu對這方面的文獻作了全面的綜述。 stubbs和Osegueda提出了結合敏感性分析的結構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有其難以克服的缺點，首先因為頻率是結構的整體動態特性，難以反應結構的局部損傷。其次，高階頻率相比與低階頻率對結構的損傷敏感，但是對于大型復雜結構高階頻率難以獲取和識別。

2.基于振型變化的損傷檢測

基于振型變化的損傷檢測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別參數。該方法多采用模態保證準則（MAC）和坐標模態保證準則（COMAC）。 Ndambi等比較了基于MAC、 COMAC.頻率、柔度矩陣、模態應變能變化識別鋼筋混凝土梁損傷的能力通過比較發現利用MAC的變化只能檢測出結構發生了損傷，而不能判斷出損傷發生的位置和損傷程度。利用COMAC的變化可以判斷出對稱加載的損傷位置，但對于非對稱加載則不能檢測。

3.基于殘余力向量的損傷檢測

利用殘余力檢測損傷的原理是損傷單元對應的殘余力向量元素不為零，因此該方法在進行損傷檢測時不需要知道損傷后的結構剛度矩陣和質量矩陣，而只需知道損傷前的質量和剛度矩陣以及損傷后的結構模態參數。

周先雁等運用該方法對鋼筋混凝土框架結構模型的損傷進行了準確的定位。Rao等利用殘余力向量構造目標函數并結合遺傳算法對懸臂梁、平面桁架等不同結構進行檢測均取得了很好的效果。

4.基于神經網絡法的損傷檢測

神經網絡法是模擬大腦的神經元構筑的一種大型網絡，它具有學習、聯想記憶、綜合處理等信息處理能力。神經網絡法用于損傷檢測的基本原理是：首先用無損系統的振動測量數據來進行網絡的訓練，用適當的學習方法確定網絡的參數;然后將系統數據輸入網絡，如果網絡的學習是成功的，無損結構的輸出結果應當差別不大，相反有損傷結構的輸出結果則會有較大的差異。利用神經網絡進行損傷識別多采用BP網絡，它具有結構簡單，學習訓練算法較成熟等優點。但其缺點在于收斂速度慢且容易收斂到局部最優解。針對此缺點，近年來發展了概率神經網絡。王柏生等運用概率神經網絡對結構損傷位置進行了識別，并與BP神經網絡的結果作了比較。對比可知，無論是否在樣本中加入噪聲，概率神經網絡的識別結果都優于BP神經網絡。

通過以上對常用無損檢測技術的介紹可知，每種無損檢測方法的適用范圍各不相同，影響檢測結果的因素也有較大的差異。通常根據檢測目的和檢測對象的不同需要選用不同的檢測方法，對于同一檢測對象有時也會選用不同的檢測方法。但是對于不同的檢測方法和不同時期所測得的結果往往是相互獨立的。一方面對于不同的檢測方法測得的結果很難進行對比分析，即使超聲-回彈綜合法可以在一定程度上實現對兩種方法所得結果的相互修正，它所建立的測強曲線也是十分粗糙的。另一方面對于不同時期的檢測結果僅僅是反映了結構在該時段的質量，未能形成反應質量變化的記錄曲線。如何改變這種檢測結果相互割裂的狀況，實現對多種檢測方法的綜合并且形成對工程質量變化的監測，是檢測技術發展過程中值得研究的一個問題。物聯網技術的發展為這個問題的解決提供了可能性。

參考文獻：

[1]葉冉，建設工程質量檢測行業現狀及發展對策.山西建筑，2010.04.

[2]陳海英，李華桃.常用無損檢測方法的特點及應用選擇.無損探傷，2009.10.

[3]顧津申，基于結構模態參數的損傷識別技術.武漢理工大學碩士學位論文，2009.