结构损伤识别研究现状及展望

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1、结构损伤识别研究现状及展望结构损伤识別研究现状及展望摘要：对现有的结构损伤识别技术进行了综述，对结构损伤识别技术进行了简要介绍，并根据其特点指出了其适用环境和优缺点,最后，对今后结构损伤识別技术的发展方向做了展望，以促进结构损伤识别技术的研究。关键词：损伤程度；损伤位置；损伤识别中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：0引言结构在服役期间一般存在着两种类型的损伤，即突发损伤和累积损伤。突发损伤是指由于自然灾害或人为因索引起的结构损伤，使损伤在短期内达到或超过一定限值，具有突发性和不可预测性。累积损伤是指结构在长期服役期间市于疲劳、环境腐蚀、材料老化等因素引起

2、的结构损伤，达到一定程度便会引起破坏。累积损伤是市微小的损伤裂缝引起的，具有缓慢积累的性质，而结构中的微小裂缝通常用肉眼或观测仪器观测不到，这种潜在的缺陷危险性更大，可能造成更大的经济损伤和安全事故［1］。因此如何通过一定的监测手段和分析方法对结构进行检测与评估，以确定结构是否有损伤存在，进而判别损伤的位置和程度，以及结构的现状、使用功能和变化趋势等，是很多学者十分关注的问题。1结构损伤诊断的研究现状1・1结构损伤诊断的目标由于缺陷与损伤是不可避免的，结构的损伤诊断便伴随着结构物的诞生而产生。1993年Rytter定义了结构损伤诊断目标的4个阶段：①确定结构存在

3、损伤；②确定损伤的几何位置；③定量确定损伤的严重程度；④预测结构的剩余使用寿命［2］。损伤诊断的理想方法应能够很好地完成以上4个阶段的目标，且尽可能不依赖于使用者的工程判断和结构的分析模型，对引起结构线性和非线性行为的损伤都能适用。对于复杂结构的定量整体损伤评估，结合试验模态分析技术的动力损伤诊断是一种目前公认的很有发展前途的方法集合了系统识别、振动理论、信号分析、传感器等跨学科技术，成为目前土木工程领域的研究热点之一。然而，实际上有许多因素影响着动力学方法进行结构损伤诊断的成功运用：测试时励与响应的考虑、信号的处理、计算模型的选择、识别算法的可行性、不确定信息

4、的统计规律等。目前动力学损伤诊断研究可以认为集中于诊断方法及测试信息两大方面。1.2结构损伤诊断的方法1.2.1传统检测方法传统检测方法有外观检查（如裂缝、变形、局部破损）、无损检测（如超声波、声发射、X-射线等）及抽样调查等多用于材料特性以及局部缺陷的测试，需要事先知道损伤的大致部分且损伤部位可以接近,检查结果多依赖于检查者的经验及主观判断，不能从整体上定量把握结构性能，最大不足是要求预先知道发生损伤的区域，并且要求能够触及检测区域，而对于人力不能到达的区域是无能为力的。1.2.2静力试验方法静力试验方法是通过给结构施加静力荷载，建立静力平衡方程，根据实测结果

5、（静力响应等）得到静力参数（结构刚度、位移、应变、材料参数如弹性模量、惯性矩等）。在单元层次上，利用上述参数的残差分析來识别损伤［3］。静力试验方法是获取结构信息的一种比较稳健的测试手段，也是目前普遍采用的方法。但是，由于静力实验的设备笨重、实验吋间长、工作量大，影响结构的正常使用，还有可能对结构造成新的损伤。而且静力实验多为破坏性实验，只能抽样检测，不可能对所有的结构构件进行检测，所以不能完全反映结构整体的损伤情况。由于结构损伤分布的随机性，用静力检测难免发生漏检，对结构的安全造成隐患。1.2.3动力学损伤诊断方法动力学损伤诊断的基本原理是结构的动力特性参数（

6、固有频率、振型、阻尼比）与结构的物理参数（刚度、质量以及材料的本构特征）存在对应关系。结构损伤吋物理参数的变化，必将引起动力参数的变化。因此可通过动力测试來捕捉结构静动力参数的变化，从而进行结构损伤诊断。现根据是否应用结构模型、是否进行反演计算等特点分类论述结构动力学损伤诊断方法。1.2.3.1无模型的识别方法用于损伤识别的特征量与结构模型无关，直接由振动响应的吋程和响应的谱分析得到，多用于机械领域。1994年Samman提出了基于频响函数(FRF)的波形识别指标WCC(WaveformChainCode)>ATM(AdaptiveTemplateMethods

7、)SAC(SignatureAssuraneeCriteria)。1998年秦权等把该方法应用于香港青马大桥的损伤识别，指出WCC和ATM识别损伤的能力优于SAC,但是它们都不能识别损伤的位置。1.2.3.2基于模型的无反演损伤指标定位方法这种方法是基于动力参数的结构损伤诊断方法，直接由试验模型分析得到的模型参数或组合变换形成一个损伤识别指标，通过损伤前(基准参数)、后指标的变化来判断损伤的存在、位置和程度。作为一个损伤指标，它必须满足的条件有：应为局域量，对损伤位置敏感，是结构损伤位置的单调函数；有明显的位置坐标；在损伤位置有明显的峰值效应。通常用到的模型参数

8、有：固有频率、位移振型、