土木工程结构损伤诊断的几种方法探究

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1、土木工程结构损伤诊断的几种方法探究[摘要]在我国，土木工程结构的应用范围最广，土木结构具有尺寸大、总量轻等特点，这使得土木工程结构存在先天缺陷。土木工程结构在使用中极容易受到环境和非结构构件等因素的影响，在这些因素的作用下，土木工程结构会出现损伤。为了确保土木工程结构的安全，必须要及时的对这些损伤进行识别和诊断，避免因土木工程结构稳定性问题导致质量和安全事故。本文主要分析了土木工程结构损伤的危害及损伤诊断的内涵，并详细介绍了几种损伤诊断方法。[关键词]土木工程；结构稳定性；损伤诊断；几种方法中图分类号：TU

2、317文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）46-0152-01一、土木工程结构损伤的危害及损伤诊断内涵5土木工程结构作为使用最普遍的结构，目前也在不断的改革和创新中。这种结构形式在风载和地震作用下极容易发生振动，而这种振动往往是危险的，会造成结构损伤，从而影响土木工程结构的使用寿命，会使工程出现安全问题和质量问题，会造成无法估计的损失。因此，必须要加强对土木工程结构损伤的诊断，避免土木工程结构损伤酿成事故。土木工程结构损伤诊断是建立在结构损伤诊断基础上的，它主要通过结构信息与周围环境信息的

3、采集来作为分析依据，来合理的分析造成结构损伤的因素和结构损伤的程度，从而为采取整修措施奠定基础。二、土木工程损伤诊断的几种方法我国对土木工程结构损伤诊断的研究由来已久，在实际的损伤诊断中也总结出了一系列行之有效的方法，例如普通的外观检查，融合了现代技术的无算检测方法等。但是这些方法往往依赖于检查者主观经验判断，往往需要事先知道大致的损伤部位，这些方法比较落后，以下主要介绍了几种先进的损伤诊断方法：（一）基于结构参数改变的诊断方法该类型的诊断方法主要分为动力诊断和静力诊断两种，前者利用的土木工程结构的动力响应

4、原理，后者利用的是土木工程结构静力响应原理。1、动力诊断方法。这种损伤诊断方法的优点在于其不受土木工程结构规模的限制，只需要在结构位置安装一个动力响应传感器，就能够获得动力检测数据，就能够判断损伤程度。它主要通过结构的特征指标俩判断结构损伤，具体包括以下特征指标：51）固有频率变化指标诊断。这是比较容易获得的一个指标。它通过理论模型对结构可能存在的损伤位置进行假设，根据理论方案计算其所对应的两个频率的改变量之比，之后再通过实验测量来获得两个频率的改变量之比，这两个频率是任意的。并通过将理论比值和实验比值比较

5、，找出最为接近实测量的一个理论值。并根据该值所应对的损伤方案来判断土木工程结构的损伤状态。这种损伤诊断方法的优点在于随机误差小，精度较高，但是也存在明显的缺点，例如其主要是根据频率变化来确定损伤的，这使得其对局部损伤不敏感，而且此方法是对土木工程结构进行大范围检测，无法精准的定位损伤的程度和损伤部位。2）振型变化指标诊断。这种诊断方法和固有频率相比，对损伤较为敏感，而且能够确定土木工程结构的损伤位置。例如根据MAC来确定损伤位置和状态，可根据MSF来确定损伤位置和状态，还可以根据COMAC来确定损伤位置和状

6、态。这几个参数有其公式，根据公式，当参数值的范围在0-1之间，且接近于0时，说明结构中有损伤，而如果参数值接近于1，则说明结构无损伤。但是这种方法也有缺点，其工作量较大，精度欠佳，不适用于复杂土木工程结构的诊断。52、静力诊断方法。这是目前比较常用的土木工程结构诊断方法，其包括结构的刚度、位移情况、应变情况等静力参数。该方法的原理即是通过对这些参数的残差分析来对损伤进行识别。这是一种相对比较稳定的测试方法，但是这种方法也存在局限，例如对一些大型的土木工程来说，结构损伤诊断工程量大，采用静力诊断只能对个别结构

7、构件进行检测，无法对整个工程结构的损伤进行诊断，会出现漏检情况，埋下结构安全隐患。（二）基于人脑模拟的神经网络诊断这种诊断方法是通过模拟人脑神经来对工程结构进行损伤诊断的方法，这种方法的诊断原理是首先训练网络，采用的是无损伤系统之振动测量数据，然后通过学习来确定适当的网络参数，并将数据输送到网络中，由网络进行对应输出，如果学习过程成功，那么系统与网络的输出就会是吻合的。而如果土木工程结构存在损伤，系统也会出现损伤，这个时候系统和网络的输出会存在差异，检测人员就通过这个差异来判定损伤程度。这种损伤诊断具有很多

8、优点，它可以适用于线性和非线性系统，适应性强，而且诊断不需要激振设备，在实际工程中的应用更普遍，是一种较为可靠的诊断方法。（三）基于小波理论的小波诊断相对于以上几种方法可能存在的误差，小波诊断优势更明显。它主要是通过小波的变换分析原理，对土木工程结构损伤前和损伤后的时域及频域进行该分析，并结合小波的动力学特性，对结构的非线性进行检测。时域响应信号在经过小波分析之后会表现出更加明显的缺损特征。小波分析精确度高，适用