建筑工程结构的损伤检测技术

建筑工程结构的损伤检测技术

摘要：建筑工程结构会受到来自各种因素、不同环境的影响，例如使用过度、年久失修、环境破坏、人为损害等，无论多么优越的建筑工程结构都会因为自身缺陷及损伤的加深而不能有效发挥其效果，因此检测建筑工程结构可十分精准地检测出缺陷位置与损伤程度，可谓具有十分重要的现实意义。

关键词：建筑工程；结构损伤；检测技术

1 损伤检测技术的应用

建筑工程结构损伤检测借助科技发展之力已完成了由最传统、最原始的专家检验一家之言向较科学、较规范的仪器检测先进之法的过渡，而且评定既有结构物的可靠性从某种程度上说对科学仪器的依赖性也是只增不减。关于建筑工程结构损伤检测的研究工作从时间跨度上分有探索阶段、发展阶段和完善阶段：1940～1950年是采用目测法、凭经验判断的探索阶段，主要研究结构缺陷为什么会产生及如何修补；1960～1970年是引入多种检测及评价方法的发展阶段，主要研究建筑物的检测与评估方法；1980年之后是一系列的规范、标准都已制定的完善阶段，此阶段强调建筑物的综合评价并应用到实际检测的工作中去。

2 传统的损伤检测技术

对建筑工程结构进行损伤检测最常用的即是简便易行的目测法，目测法作为人工检测方法之一仅仅适用于结构规模小、复杂程度低的结构检测，结构规模与复杂程度一旦增加，应用该法的检测效率则会大打折扣，同时还会因部分构件材料老化、检测区域肉眼所不能及等原因导致检测工作费时费力、检测结果也不准确。

无损检测法是结构局部损伤检测方法的一种，仅仅适用于结构损伤区域已知的环境。应用无损检测技术还需要配备专业的测试设备与检测人员，无损检测的工作量大、强度高，还存在一定缺陷，即特殊部位很难检测得到，而且在线监测与整体损伤检测实现起来也有一定的难度。

局部检测法同样存在诸多局限且应用环境要求较高。例如，要预先知道建筑工程结构缺陷的大概位置并确定结构缺陷之间是否接近，对于部分难以到达的结构缺陷及结构规模较大、复杂程度较高的结构损伤检测，此法则毫无作用；局部检测法需要人工定期进行检测，所以检测期间部分结构的功能会停工或禁用，这势必会影响经济增长；此外，如果间隔期内的损伤不能被及时发现，则会“牵一发而动全身”，结构实时在线的连续监测便无从谈起。

传统的目测法和无损检测法都是针对结构局部而言，因此对结构整体性能参数的变化很难做到有效预测，实时、在线的健康监测和损伤检测都难以实现。建筑工程结构一旦出现损伤，就会影响结构性能参数，此种影响若能被检测并归类，

对提高建筑工程结构的损伤检测技术十分有益。

3 非传统的损伤检测法

3.1 基于静力参数的损伤诊断法

该法通过在结构上施加静力荷载，建立静力平衡方程，根据实际检测到的结果便可轻而易举的得出包括结构刚度、位移、应变等在内的静力参数。一般在单元层次上应用上述方法进行建筑工程结构损伤的检测与识别。现阶段的静力测试仪造价不高且技术先进可靠，检测结果较为精准，但因为其对试验环境的要求较高且工作量较大，所以并不能达到实时、在线的健康监测和损伤检测目的。另外，破损的结构受到特定荷载的影响却几乎没有发生形变时，想得到预期的诊断结果是有些难度的，因为基于静力参数的损伤诊断法本身存在一定的局限性。

3.2 基于振动的损伤检测法

3.2.1 动力参数诊断法

进行建筑工程结构损伤检测的主要目的除了确定是否存在损伤，还要确定损伤位置及损伤程度。动力参数诊断法是指将通过观察得到的包括振型、频率、功率谱、模态曲率、应变模态、传递函数、能量传递比、模态柔度矩阵等在内已经改变的动力参数与基准参数进行比较，之后通过选择可能性最大的改变来确定结构的真实情况。因为任何二阶振动模态相互间改变的自振频率情况可以作为损伤位置的函数，所以可用其当作损伤指标；但其也存在一定局限性，例如自振频率对局部损伤的敏感性不强，如果不同位置的损伤出现相同的自振频率，就要结合模态振型信息或灵敏度进行损伤定位。

3.2.2 神经网络法

大量的神经元构成了敏感的神经网络，神经网络负责信息处理工作，其通过网络元件之间的相互连接与分布式联系储存、传输信息。网络元件之间的动态连接演化过程决定了控制、优化与识别的难易程度，神经网络之所以被广泛应用于这些领域很大程度上取决于其强大的容错性与非线性。神经网络与模态修正法及信号处理法相比，其适应性更强，可适用于线性和非线性系统；另外，神经网络极强的环境振动处理能力降低了实际工程中的应用难度，这也是其他方法无可比拟的优势之一。

3.2.3 小波分析法

常规的损伤检测发通常是检测结构的振型、频率、功率谱、模态曲率等在内的动力参数变化情况来确定结构的损伤位置及损伤程度，这种振动反问题并不确定普适性，因为如果进行结构动力参数变化测试时出现了极小的误差都会造成动力参数识别结果有很大出入，因此应用于实际工程中的难度很大。而小波分析法可以有效分析结构损伤前后的时域响应信号和频域响应信号，确定非线性系统响

应的动力学特性以检测结构的非线性，所以小波分析法特别适合用于正常信号与非正常信号之间的细微差别的识别工作当中。

3.2.4 遗传算法

1960年，Holland教授根据达尔文的进化论提出了遗传算法这一新颖的损伤检测技术。遗传算法是指在测试得到的信息量少的环境下能够快速确定结构的损伤位置及损伤程度，就算模态信息不完整，也不会影响到该方法的择优能力。

3.2.5 布里渊散射光时域反射测量技术

布里渊散射光时域反射测量技术是当前领先国际的一项发展成熟的高端技术，其工作原理是利用光纤中的自然布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变之间的线性关系得到光纤的轴向应变。与传统的损伤检测法相比，其具有分布式、长距离、光纤耐久性好且可实现实时、在线的健康监测和损伤检测等优点。

参考文献

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[2] 周奎，王琦，刘卫东，等.建筑工程结构健康检测的研究进展综述[J].工业建筑，2009（03）.

[3] 李玲.浅谈基于模态分析的方法在建筑工程结构中的健康监测[J].科技创新与应用，2013（01）.