基于土木結(jié)構(gòu)損傷及其診斷方法分析

周建平

【摘 要】我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，工程建設(shè)日益增多，人們對(duì)于建筑物的需求已經(jīng)不滿足于居住，對(duì)其安全性、功能性和美觀度有了更高的要求。因此建筑施工單位和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位在對(duì)建筑進(jìn)行施工和設(shè)計(jì)時(shí)要確保結(jié)構(gòu)的科學(xué)、合理和安全。在建設(shè)過程中所使用的主要建筑模式是土木工程結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在尺寸和質(zhì)量方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。然而其弱點(diǎn)也比較明顯，比如在受到環(huán)境的影響時(shí)，極易被損傷。在被損傷的情況下如果不能及時(shí)處理將會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷加劇，甚至?xí)p弱土木工程結(jié)構(gòu)性能，最終出現(xiàn)質(zhì)量問題和安全隱患。因此對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的診斷對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性具有十分重大的意義。本文將從土木工程結(jié)構(gòu)損傷的危害進(jìn)行入手，分析損傷診斷的內(nèi)涵并介紹相應(yīng)的損傷診斷方法，以供建筑單位參考，完善土木結(jié)構(gòu)損傷診斷方法，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】土木工程；結(jié)構(gòu)損傷；診斷；檢測(cè)

改革開放以來我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加速，城市建設(shè)質(zhì)量和要求不斷提高，人民群眾對(duì)建筑的需求不再只是能夠居住，而對(duì)其材料、環(huán)境、外觀等都有了更高層次的要求。因此如果建筑的土木工程質(zhì)量出現(xiàn)問題將會(huì)直接影響到建筑物和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。其所造成的傷害不比大型自然災(zāi)害小，所以，建筑施工單位和土木公結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該提起相應(yīng)的重視，加強(qiáng)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷的診斷工作，確保診斷及時(shí)、準(zhǔn)確，提升高損傷識(shí)別技能，并學(xué)會(huì)通過診斷來了解建筑物整體和內(nèi)部的損傷情況，根據(jù)實(shí)際問題提出合理、有效的解決方案。

1 土木工程機(jī)構(gòu)損傷的危害及損傷診斷的含義

目前我國(guó)建筑物在建筑過程中最常用的結(jié)構(gòu)就是土木工程結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)得研究和探索在不斷加深和推進(jìn)。由于土木工程結(jié)構(gòu)形式在遭遇惡劣自然災(zāi)害時(shí)非常容易產(chǎn)生振動(dòng)，比如面對(duì)地震土木工程結(jié)構(gòu)將會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷。建筑物的震動(dòng)會(huì)引起一系列風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患的出現(xiàn)，很可能會(huì)損傷建筑物本體，造成的損失也將會(huì)難以估量。相關(guān)工程施工和管理人員應(yīng)該對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷的診斷工作進(jìn)行技術(shù)和強(qiáng)度的提高，這樣不僅能夠保證建筑工程整體的質(zhì)量，更能夠避免土木工程結(jié)構(gòu)損傷所引起的經(jīng)濟(jì)和生命安全的損失。

在具體的施工診斷操作中，相關(guān)工程人員應(yīng)該通過檢查新舊建筑物以及工程的結(jié)構(gòu)來判斷其中是否存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷的情況，以保證建筑物后期的施工安全和將來建筑物的作用，對(duì)建筑投入使用后的維護(hù)費(fèi)進(jìn)行良好的節(jié)約。其次，結(jié)構(gòu)損傷診斷更能夠診斷和檢查出災(zāi)害后的建筑物狀況，對(duì)其所受的損傷進(jìn)行評(píng)級(jí)評(píng)估，方便后續(xù)的維修和重建工作。最后，對(duì)相對(duì)重要的建筑物或使用頻次較高、人數(shù)較多的建筑進(jìn)行周期性檢查和診斷，確保建筑物在使用過程中的安全和穩(wěn)定，避免出現(xiàn)突發(fā)狀況，對(duì)建筑物和人民群眾造成不可挽回的損失。

除此之外，建筑物加固工作的可靠度需要結(jié)構(gòu)性損傷的診斷結(jié)果來進(jìn)行判讀，同時(shí)，建筑物加固后的可靠度是評(píng)定建筑物安全性的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，更是建筑設(shè)計(jì)人員在確定設(shè)計(jì)方案過程中的重要依據(jù)。

2 土木結(jié)構(gòu)損傷及具體診斷方法

2.1 局部檢測(cè)技術(shù)

局部檢測(cè)技術(shù)在土木結(jié)構(gòu)診斷過程中所使用的重要檢測(cè)技術(shù)，這一檢測(cè)技術(shù)又被稱為無損檢測(cè)技術(shù)，主要包括五種技術(shù)內(nèi)容，分別為滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)和射線檢測(cè)。局部檢測(cè)技術(shù)主要用來檢測(cè)和判斷建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)主體的完整性，檢測(cè)其是否有裂縫和銜接是否牢固，并判斷其構(gòu)建連接是否準(zhǔn)確和堅(jiān)固。在實(shí)際診斷和檢測(cè)過程中，為保證診斷工作的效率和準(zhǔn)確通常采用將多種方法融合在一起的方式來作業(yè)，一方面，這能夠彌補(bǔ)一種檢測(cè)技術(shù)方法的漏洞，另一方面能夠全方位、高效率地對(duì)土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。例如磁粉檢測(cè)通常用來檢測(cè)材料的密度均勻度和連續(xù)性，通過判斷材料吸附磁粉產(chǎn)生的磁痕來判斷建筑的位置、大小及損傷嚴(yán)重程度。射線檢測(cè)檢查是通過射線穿過不同材料所產(chǎn)生的不同程度的射線數(shù)據(jù)來進(jìn)行診斷。超聲波在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)發(fā)生反射、透射等熱點(diǎn)，通過整理和分析數(shù)據(jù)、熱點(diǎn)進(jìn)行超聲波檢測(cè)。滲透檢測(cè)使用熒光染料或有色染料滲入到工件缺陷中并將表面擦除，以反映缺陷的具體狀態(tài)，完成滲透檢測(cè)。渦流檢測(cè)通解讀測(cè)電磁感應(yīng)的渦流變化來分析建筑物內(nèi)部不同位置的結(jié)構(gòu)缺陷問題。

2.2 整體檢測(cè)技術(shù)

2.2.1動(dòng)力指紋檢測(cè)技術(shù)

動(dòng)力指紋檢測(cè)技術(shù)是將被檢測(cè)結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，以診斷出被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的問題所在。

如果被檢測(cè)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)有所不同，在自身動(dòng)力指紋上就會(huì)有所顯示，包括頻率、振型、應(yīng)變、柔度、功率譜、COMAC、MAC、頻響系數(shù)等數(shù)據(jù)，檢測(cè)人員通過對(duì)這些數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行整理、分析，并結(jié)合其他精細(xì)的測(cè)量工具、方案來確定出土木結(jié)構(gòu)損傷的具體情況，由于其損傷情況較為復(fù)雜，造成損傷的原因也不止一項(xiàng)，在使用動(dòng)力指紋檢測(cè)技術(shù)過程中不能單單靠一種技術(shù)方法確定出所有原因和情況，盡量采用多種方法相結(jié)合的形式進(jìn)行診斷。

2.2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各行各業(yè)進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)信息階段，我們國(guó)家在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法的研究領(lǐng)域取得了優(yōu)異的成績(jī)。ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法就是其中一項(xiàng)，ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可以用過自我學(xué)習(xí)和計(jì)算保持技術(shù)的更新，并具有十分明顯的前瞻性和較強(qiáng)的人性化，有效避免了噪音和結(jié)構(gòu)性的損傷。并且這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可以解決復(fù)雜的非線性映射關(guān)系，可以診斷非參數(shù)，迅速確定出損傷的具體情況，也由于其人性化和迅速確定損傷情況的特點(diǎn)，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法被廣泛應(yīng)用到實(shí)際結(jié)構(gòu)診斷過程中。

2.2.3 遺傳算法

遺傳算法是指將建筑物的參數(shù)和各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理和分析，然后結(jié)合原始數(shù)據(jù)進(jìn)行方案的選擇和診斷工作的開展。在以往的診斷中，如果缺少信息數(shù)據(jù)，就難以判斷損傷位置和強(qiáng)度，而遺傳算法正是可以在信息匱乏的狀態(tài)下很好的判斷出結(jié)構(gòu)是否已經(jīng)被損傷，并計(jì)算出損傷的大致所在位置和損傷程度。在對(duì)信息不全的情況下有效應(yīng)對(duì)，并結(jié)合計(jì)算出的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出合理的方案。遺傳算法在具體進(jìn)行據(jù)算和分析時(shí)是計(jì)算可行解而非計(jì)算目標(biāo)函數(shù)之間的連續(xù)性，因此在計(jì)算分析時(shí)如果缺少數(shù)據(jù)之間的梯度連續(xù)性也并不影響計(jì)算結(jié)果和診斷結(jié)果，可以通過其他多種方式獲取數(shù)據(jù)。因此，使用遺傳算法可以避免因?yàn)椴糠謹(jǐn)?shù)據(jù)的缺少和不確定而讓檢測(cè)過程陷入僵局，診斷結(jié)果無法確定的情況出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

在具體建筑施工和檢測(cè)中，不同的檢測(cè)診斷方法具有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，這使得各個(gè)領(lǐng)域和范圍都有各自使用的檢測(cè)方法，使得診斷工作具有專業(yè)性和準(zhǔn)確性。由于我國(guó)城市建設(shè)的加快，建筑行業(yè)對(duì)于自身的質(zhì)量和理念的提高也越來越重視，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑方法方面積極學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家優(yōu)秀案例，并對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)進(jìn)行資金投入，加大科學(xué)研究。為實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了有效的技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)。建筑中的土木結(jié)構(gòu)損傷診斷工作需要極其精密和全面的技術(shù)來進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)建筑物內(nèi)部空間的多處損傷進(jìn)行綜合分析和診斷，并結(jié)合分布范圍和損傷癥狀找出原因和關(guān)系，以設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的解決方案，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行全方位的修復(fù)和維修。另外，土木結(jié)構(gòu)的損傷因素具有隨機(jī)性和模糊性，診斷結(jié)果往往較為復(fù)雜和難以確定，因此未來的土木工程診斷工作還需要不斷地研究和提高。

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