土木工程结构检测技术及损伤识别方法研究

土木工程结构检测技术及损伤识别方法研究

发布时间：2021-01-19T05:02:33.816Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年23期作者：王小明[导读] 随着社会的进步与发展，建筑工程项目建设应用现代化技术的频率越来越高，对于土木工程结构的要求也越来越高，大跨度结构和超高层建筑的需求不断增长，工程结构检测技术和损伤识别方法的重视程度也越来越高。本文基于土木工程结构性能展开论述，简要分析土木工程结构的检测技术和损伤识别技术，内容如下。

王小明

宁夏中测计量测试检验院（有限公司）宁夏银川 750001

摘要：随着社会的进步与发展，建筑工程项目建设应用现代化技术的频率越来越高，对于土木工程结构的要求也越来越高，大跨度结构和超高层建筑的需求不断增长，工程结构检测技术和损伤识别方法的重视程度也越来越高。本文基于土木工程结构性能展开论述，简要分析土木工程结构的检测技术和损伤识别技术，内容如下。

关键词：土木工程；结构；检测；识别方法；损伤

近年来，城市化进程全面深入，工程建设项目数量飞速增长，为了保持建筑质量的安全性，除了加强结构设计，完善监理制度，强化造价管理等主体方面工作，在技术层面，还要注重工程结构的检测和损伤识别技术的创新发展。随着土木工程在高层建筑、桥梁、临海平台结构的广泛应用，受到自然、人为等外部环境因素影响是长期存在的，一旦这种长期荷载超过材料性能上限，产生疲劳，会改变部分结构，这种形变会导致建筑结构出现损伤，从而致使整体结构性能降低，严重情况甚至会成为工程安全事故的根源隐患。因此，强调土木工程结构的安全性是极为重要的[1]。

一、土木工程结构检测技术概述

土木工程结构检测工作具体开展要做好相应的准备工作，根据目的和需求规划具体的方案。土木工程结构的检测实际上是根据不同材料而划分检测技术方法的，由于用材的性能特征，需要相对应的检测技术来进行区分。土木工程结构材料分为砌体材料、混凝土材料和钢材料三类，不同材料有着不同的检测方式和标准。

（一）砌体材料检测技术

砌体结构是土木工程结构较为常见的，一方面砌体结构由于材料和自重的原因，检测技术往往要考虑实际的受力情况和覆盖面积；另一方面，砌体结构的检测标准实际上需要分为动态和静态两种检测方式，基于土木工程结构的特征，采取相对应的检测技术，确定的标准在于结构形式和主要构成材料，诸如石料砌体可以利用钻芯法，砖砌体材料可以联合回弹法和钻芯法，根据砂浆还可以利用推出法和筒压法。砌体结构检测具体流程就是通过对砌体结构的自重和材料进行分析，确定实际采用的检测方法，明确检测参数，进行取样，检验推测结构质量，保证满足土木工程的质量标准[2]。（二）混凝土结构检测技术分析混凝土材料检测也是现代建筑的常用结构，由于强度高，工艺简单，使得大体积混凝土建筑结构的检测工作尤为重要，混凝土结构检测技术方法主要包括回弹法、钻芯法和超声法，不同的技术手段和成效决定了使用差异。商品混凝土强度的检测目前来说方法比较多，常用的有回弹法、超声回弹综合法、拔出法、钻芯法。其中回弹法和超声回弹综合法都属于非破损法，技术成本低，效果直观，检测效率高，性能检测区分度明显，其他两种方法，区别于破损法的优势在于适用范围广，约束条件少，性价比高。（三）钢结构检测技术分析钢结构由于自重轻、韧性高、强度大的特点，是现代建筑承重结构的重要组成部分，对钢结构的检测技术主要是通过对结构中的钢构件进行相应的检测，检测内容主要包括结构中的钢构件尺寸、构件间的连接情况及钢构件中的具体损伤程度等，根据质量规格和参数来综合探讨钢结构的安全性、稳定性和时效性[3]。（四）几种常见的检测技术方法①钻芯法是利用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，从结构混凝土中钻去芯样以检测结构内部是否存在缺陷的检测方法，应用于砌体结构和混凝土结构较多，能够直观地检验出结构强度以及是否存在内部结构缺陷，工艺完善，操作简单，技术成本低，缺点是对于结构本身有一定损伤，但相比较其他方法，适用范围广，性价比高。

②回弹法

回弹检测方法主要是根据回弹仪的弹击锤施加弹力后击打在相应材料结构表面，其回弹高度或数值与建筑结构表面的硬度有直接关系。在砌体结构和混凝土结构中应用成效良好[4]。

③筒压法

筒压法在测得结构自重后，取得检测样本，碾碎烘干处理后，按照砂浆颗粒的级配来进行划分，采用筒压操作，尽可能的完善砂浆强度的贴合性，以此判断样本中的砂浆能否满足土木工程的质量要求，在砌体结构检测中较为适用。

④推出法

推出法的检测流程相比于简压法来说要更为简单，采用水平推力的方式，保证砖块表面褒奖的饱满程度，确保砂浆强度的合理性。由于不需要取样可以直接进行操作，因此对于一些简单或小型建筑结构，能够根据砌块的推出力度和砂浆情况来判断砌体结构质量。

⑤超声法

超声检测动态分析主要利用的是材料复杂成分及物理性质，根据超声波的衰减变化水平，吸收声波的大小进行数据分析。对比具体强度标准来检验材料的内部结构问题，是否存在裂缝及缺陷埋藏深度。超声法在混凝土结构及钢结构检测工作中应用广泛，是现代化工程结构检测技术的先进技术。

二、土木工程结构损伤识别方法研究

土木工程结构损伤识别是通过比对结构的关键性能指标与标准参数的差异来进行的测试和分析研究，从而推断工程结构是否存在损伤以及确定损伤程度、部位、细节，为后续结构安全性和有效性的方案制定提供事实依据。结构损伤识别主要包括四个要点：其一为是否具备发生损伤的可能性；其二是对损伤点的定位；其三是损伤情况全面了解；其四是判断出现损伤结构部位剩余使用寿命。土木工程结构的质量问题一般来说都需要结合损伤识别方法来确保工程质量安全。按照局部和整体两种思路有相应的损伤识别技术体系[5]。（一）局部损伤识别方法

上文所提到的结构检测技术在某种意义上也可以作为局部损伤识别的方法来根据检验数值和使用情况进行检查和识别。例如回弹法、超声法。除此之外还有射线光谱法、渗透法、磁粉检测法、脉冲回波法等，这些都可作为局部损伤识别的一种检测方法，为结构损伤检验提供相应的参照依据。但结合损伤识别的要点，局部损伤务必要解决损伤情况，因此，对于不同材料、不同结构的损伤要想精确识别，必须要确认损伤类型以及位置、程度、大小形状等细节信息。尤其是针对一些比较复杂的土木工程结构，要采取综合适用的识别方法来判定。

（二）整体损伤识别方法

土木工程结构的检验是一个非常复杂的力学理论体系，部分结构的变化会牵涉到整体，整体结构存在问题就意味着一定存在相应部位的结构损伤。土木工程结构的损伤是通过性能参数来确定的，因此，整体损伤识别方法可以理解为通过具体的算法对于土木工程结构的整体受力情况来确定结构损伤。主要包括模型修正法、遗传算法、神经网络算法及动力指纹法[6]。

①模型修正法

模型修正法是现代化技术对于土木工程结构损伤识别的一种数字化检验方法，它能够在某种程度上对土木工程结构中的阻尼、质量刚度等特性进行修正。通过收集到的数据参数和材料、结构等信息资料还原一个具体的土木工程结构性能标准，将整体结构划分各个单元整体，对于结构的组成和受力荷载来判断参数差异。不过，由于其在测试过程中对参数的敏感度不足，因此会造成测量过程中产生较强的噪音或测量结果发生较大误差等现象，所以模型修正法通常在模态实验中作为参照，联合其他算法来确保结构损伤识别的稳定性和可靠性。整体结构识别方法理论闭环设计思路