基于静力测试的结构损伤检测研究进展

建 筑 科 学
土木工程结构长期受到各种环境荷载的作用、温度应力变化以及环境腐蚀等的影响，必然导致结构损伤积累，抗力衰减。

若结构损伤积累到一定程度而并无及时发现和处理，最终会导致结构毁坏，危及人民的生命和财产，因此需要对结构的健康状况进行监测。

基于静力测试数据的结构损伤检测方法是众多有效的损伤检测方法之一。

静力损伤检测方法比动力损伤检测方法简单，因为静力平衡方程只与结构刚度性质有关，根据实测静态数据很容易推算出结构刚度，且静力测试仪器较便宜，测试技术也更先进，能较准确地测得结构的变形，所以静力损伤检测方法在土木工程领域受到了广泛关注[1]。

1 基于模型修正的结构损伤检测静力方法
张宇鑫等[2]提出了基于DLV位移的结构损伤检测方法。

假设存在若干组荷载向量组(DLVs)，作用于破坏和非破坏结构时产生相同的变形的测点很可能是结构损伤部位。

然后将这若干组位移DLVs集合并施加在初始结构上，识别损伤位置。

通过一个平面桁架进行数值模拟分析，验证了提出的位移DLV方法是有效、可靠的。

付春雨等[3]提出了基于位移连续的结构静力损伤检测方法。

测试数据的误差与最优化方法本身的不足，使识别结果容易陷入局部极小值而出现误判。

因此同时考虑位移连续的2个条件(挠度逼近和截面相对转角最小)，在一定程度上减小了误判的可能，使检测与实际情况更为接近。

向天宇等[4]提出了基于有限元模型修正的结构损伤检测方法。

他将此方法应用于一两跨预应力混凝土连续箱梁，结果表明结构损伤后所得的计算位移和实测位移良好吻合。

向天宇等[5]又提出了结构损伤检测的双重网格算法。

在修正有限元模型后，采用损伤网格描述结构损伤，通过损伤网格节点的损伤变量插值得到结构内任意点的损伤值
2 静力方法与智能算法的结合
陈孝珍等[6]提出了基于灰色相关性分析的结构静力损伤检测方法。

由于位移曲率比位移本身对结构的损伤更加敏感，因此可以利用静态位移曲率的关联程度来反映结构是否发生损伤，然后定义单元刚度损伤系数，通过一个非线性约束的优化问题求解确定单元刚度损伤系数。

模型误差、测量噪声及测量数据不完整等因素是制约结构损伤检测技术应用的主要难点。

袁旭东等[7]提出了基于静力位移及频率的结构损伤检测神经网络方法。

当结构发生损伤时，将结构的静力位移和模
态参数及其导出量组成网络输入向量。

在训
练样本的节点位移上加注随机噪声后对一损
伤单元进行训练，进而对其他不同损伤程度的
单元做出识别。

结果表明，参数训练出的神经网
络受噪声影响较小，网络具有很强的鲁棒性。

但
是BP神经网络中隐含层的层数和单元数的选
择尚无理论上的指导，一般是根据经验或者通
过反复实验确定。

因此，网络往往存在很大的冗
余性，增加检测难度。

陈孝珍等[8]提出了伪多目
标模糊遗传算法的结构损伤检测方法。

传统遗
传算法对多损伤程度的检测通常采用权重和
法构造优化目标函数并求其最大值，但通常只
能得到非劣解。

故将单目标优化问题转为多目
标优化问题，并运用伪多目标模糊优化遗传算
法进行优化计算。

3 静力方法和动力方法的结合
Wang等人[9]提出了基于静力测试数据和
频率改变的结构损伤检测方法，定义损伤信
号为频率变化值和静态位移变化数据的比
值，根据测量损伤信号和预测损伤信号之间的
匹配程度，定位结构的损伤部位。

王茂龙等[10]研
究了该方法在砌体结构中应用的可行性。

通过
有限元分析及砌体模型试验，成功定位出结构
的损伤部位。

李波等[11]提出了基于有限元模型
修正技术的新式联合静动法。

传统的静动法是
对静力目标函数和动力目标函数进行加权求
和，而新式联合静动法综合运用动态加权系数
和单目标函数作为状态变量。

由于测试数据不
足或存在测量噪声，损伤识别将出现错误的可
能。

张清华等[12]提出了基于概率可靠度法的结
构损伤检测方法。

采用正则化技术降低结构损
伤检测问题的不适定性和求解困难，综合利用
参数估计和数据摄动技术获得结构参数的统
计特征，在此基础上根据假设检验识别损伤位
置和损伤程度。

4 结语
目前国内外对结构静力损伤检测方法的
研究已取得了一定的进展，在未来的研究工
作中，以下几点需要加强研究：(1)环境因素
和人为因素引入的噪声及误差对损伤检测结
果会产生一定影响，如何减小该影响是一个
值得研究的课题。

(2)如何克服测试信息不完
全的影响。

(3)动静结合的损伤检测方法研
究。

基于静态测试数据精度高、稳定性好，
但信息量少，而动态测试数据信息量多的特
点，综合运用二者进行结构损伤检测是值得
研究的。

参考文献
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基于静力测试的结构损伤检测研究进展①
林圣忠 房文字
(绍兴文理学院土木工程系 浙江绍兴 312000)
摘 要:对近年来基于静力测试的结构损伤检测方法进行了归纳和总结，阐述了基于静力位移的损伤检测技术。

从位移法、模型修
正法、静力测试与智能算法的结合、动静结合方法等方面综述了目前国内外基于静力测试结构损伤检测的研究成果，并分析了各种方
法的优缺点，最后根据静力损伤检测方法在应用上存在的问题展望了今后的研究趋势。

关键词:损伤检测 静力数据 智能算法
中图分类号:T U241文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(c)-0017-01
①浙江省大学生科技创新项目“玻璃幕墙结构胶损伤检测研究”资助。

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