结构健康监测与损伤检测综述

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1、结构健康监测与损伤检测综述【摘要】阐述了对土木工程结构进行健康监测的重要性，介绍了结构健康损伤动态检测所依据的基本原理,并且对于各种检测方法做了介绍及评述，并指出其中存在的问题,同时介绍了静态检测的相关方法。最后对结构健康监测领域今后的发展方向进行了展望。【关键词】结构；健康监测；损伤检测SummaryonStructuralHealthMonitoringandDamageDetectionBaiHua(HulunbeirAuditBureauHulunbeierInnerMongolia021008)【Abstract】Thearticledescribesthehealthmon

2、itoringofcivilengineeringstructureoftheimportanceofthestructuralhealthdamageintroducedisbasedondynamicdetectionofthebasicprinciples,andforavarietyofdetectionmethodshavebeendescribedandrevies,alsointroducedrelatedmethodsofstatictesting.Finally,thefieldofstructuralhealthmonitoringoffuturedevelopme

3、ntonitoring;Damagedetection1.引言近年来，随着中国经济高速的发展，住宅，商业楼，基础设施的建设也随之加快了脚步。如今新的住宅小区，办公楼比比皆是，这也提醒我们注意到了这样一个问题：任何土木结构都会由于材料本身老化、过度使用、环境侵蚀、缺乏维护［1］等因素的影响而失效,如何保证这些建筑的使用效果，也就是说在其使用期限内，如何及时监测到结构的损伤以便采取相应的措施进行加固。工程结构自建成后,,若没有适当的维护,将使结构状态逐渐趋于劣化而变得不可靠。除了房屋外，一些重大土木工程结构，如水坝、桥梁、电厂、军事设施、高层建筑等，在遭受地震、洪水、飓风、爆炸等自然或人为

4、灾害时的安全问题，与人民的生命财产息息相关，已经引起人们的广泛关注。上述重要结构在经历了极端灾害性事件后，立即对他们的健康状况做出评估是非常必要的，实时地监测和预报结构的性能，及时发现和估计结构内部损伤的位置和程度，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定，合理疏散居民，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。例如,由于缺乏维护,美国联邦公路管理局(FHonitoring，简称SHM)指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到检测结构损伤或退化的目的［2］。健康监测的过程包括：通过一系列传感器得到系统定时取样的动力响应测量值，从这

5、些测量值中抽取对损伤敏感的特征因子，并对这些特征因子进行统计分析，从而获得结构当前的健康状况［3］。对于长期的健康监测，系统得到的是关于结构在其运行环境中老化和退化所导致的完成预期功能变化的适时信息。结构的健康监测技术是要发展一种最小人工干预的结构健康的在线实时连续监测、检查与损伤探测的自动化系统，能够通过局域X络或远程中心，自动地报告结构状态。它与传统的无损检测技术(NondestructiveEvaluation，简称NDE)不同，通常NDE技术运用直接测量确定结构的物理状态，无需历史记录数据，诊断结果很大程度取决于测量设备的分辨率和精度［4］。而SHM技术是根据结构在同一位置上不

6、同时间的测量结果的变化来识别结构的状态，因此历史数据至关重要。识别的精度强烈依赖于传感器和解释算法。可以说，健康监测有可能将目前广泛采用的离线、静态、被动的损伤检测，转变为在线、动态、实时的监测与控制，这将导致工程结构安全监控、减灾防灾领域的一场革命。显然结构健康监测技术是一个跨学科的综合性技术，它包括工程结构、动力学、信号处理、传感技术、通讯技术、材料学、模式识别等多方面的知识。3.损伤检测识别标准与方法损伤识别分为四个等级;第一等级是确定结构中是否存在损伤;第二等级是在第一等级的基础上确定损伤的几何位置;第三等级是在第二等级的基础上对损伤的严重程度进行量化;第四等级是在第三等级的基

7、础上预测结构的剩余使用寿命［5］。迄今为止，基于振动分析的损伤识别方法只能解决等级一和等级二的问题。如果与结构模型联合起来，则可解决一部分等级三的问题。如果要解决等级四的问题，则还需要断裂力学、疲劳寿命分析或结构设计评估等多方面知识。损伤检测与识别大致可分成两种类型:基于振动的方法、静态检测方法。静态测量数据比较直接可靠，但进行数据测量需要进行封闭试验，会影响服役结构的正常使用。振动测试可以在结构处于工作状态下进行，易于把拾振传感器安装在结构深