探究土木工程结构损伤诊断探究进展

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1、探究土木工程结构损伤诊断探究进展　　摘要：随着我国市场经济发展，作为国民经济支柱性产业的建筑行业发展迅速，其中的土木工程安全越来越受关注。除了通过安全设计来预防土木工程安全事故以外，加强使用中建筑物的土木结构管理，通过土木结构安全鉴定，提早发现结构损伤、振动损伤，并对建筑物及时修复，增加建筑物的使用安全系数必定成为未来建筑行业的趋势，成为下一个建筑行业的经济增长点。作为土木工程主要安全因素，加强土木结构的损伤诊断是必要的，本文基于结构损伤、振动损伤及安全诊断等概念，分析了土木工程中，结构损伤的诊断方法，并探究了目前结构损伤诊断的相关问题。关键词：土木工程；安全鉴定；诊断；

2、结构损伤；振动损伤10在土木工程中，结构损伤依据检测技术能分成局部与整体检测两部分，根据结构模型能分成无模型与有模型诊断两类。土木工程在使用当中，具有一定使用年限，由于酸雨、地下水、北方冬季结冰等耐久性因素，或遭遇洪水、地震与台风等灾害等偶然荷载作用，甚至诸如贯穿裂缝、混凝土浇捣及养护、建筑材料质量参差等诸多不确定因素，建筑物经过多年磨损而存在安全隐患，出现质量问题，给土木工程带来不可估量损坏。建国六十年来，许多建筑物已经达到其使用的耐久极限，改革开放三十年也有大量的新型建筑达到了其生命的“半衰期”，为确保人们生命财产安全，采用有效诊断措施给予防控是必要的。1.结构损伤、

3、振动损伤与安全诊断在土木工程当中，结构损伤所指的是结构材料及其几何特性出现改变，会给当前结构性能与整体系统力学带来影响。由土木结构强度、刚性与稳定性上看，土木结构损伤主要包含内部缺陷、材料缺陷与设计结构隐患、结构裂纹、性能下降等。振动损伤所指的是结构因振动引发的损伤，经过各振动信号采集与处理，对结构损伤给予判断，因振动源存在不确定性，振动测试环境比较复杂，具有不可控性，此类损伤诊断较难实施。安全诊断所指的是通过土木结构损伤状况的识别，分析结构各性能指标，并判断结构损伤状况，一旦存在损伤，就应对其位置与损伤程度进行确定，对土木结构剩余寿命进行估计以判断其继续应用性，并研究制

4、定相应的修复补强方案。2.结构损伤的诊断方法1.1.整体检测方法10整体检测方法主要通过建筑物原有力学模型，通过施加各种假设荷载或振动作用，分析建筑物的荷载极限，主要适用于有详细的工程力学计算书建筑物，对于近二十年建成的超高层框架结构或连续多跨单层层建筑物，最好有静力学、动力学、运动学力学分析的计算机模型。现代大型计算机工程力学分析软件，例如Ansys、Nastran软件能为建筑物的损伤分析提供良好的辅助。但因为检测方法对力学模型的依赖，未必适用于改革开放前甚至各种古代建筑等缺失力学计算书的建筑结构损伤分析，部分受到地震、海啸、或者例如九江大桥撞击甚至911恐怖袭击的建筑

5、物则不适用，因为其设计模型和实际模型条件已不一致。1.1.1.系统识别与模型修正法10系统识别与模型修正法主要是应用基本的运动方程、动力测试资料与有限元模型进行优化约束，并修正结构模型刚度、质量及阻尼分布等，与结构动态响应相接近，经过基线模型及修正模型矩阵的比较，能对土木结构损伤给予诊断。Nastran软件对系统识别与模型修正法的支持度很高，能提供静力学、动力学、运动学力学以至热力学的模型分析功能。应用这种方法在子结构的划分及处理上优势较多，因测量噪声、模型误差与土木结构等在局部刚度变化上不是很敏感，实际应用颇受限制，致使特征方程的求解出现亚定问题，要有效解决模型于数据不

6、定性，可应用统计推断法，像贝叶斯法，根据边界条件中的子结构修正，能减少未知数，同时，运用良态建模与子结构合理划分等，获取最优信息量。当然，贝叶斯法属于统计的理论范畴，实际操作时可以在结合超声回弹综合法等构件强度分析方法，可以将重要构件实际强度数据输入到力学设计模型中，从而论证建筑物现状刚度和设计刚度之差，可以让结构工程师分析建筑物的损坏情况。系统识别与模型修正法较为适合正常情况使用下的建筑物安全鉴定使用，即实际使用状况与设计使用功能相同的建筑物。1.1.2.动力指纹识别方法在土木结构诊断中，动力指纹识别是在结构特性变化下，如结构参数中的质量、刚度及阻尼等出现变化，相应动力

7、指纹就会出现变化。动力指纹便能看成结构损伤标志，重用动力指纹主要包含振型曲率、频率、MAC与应变模态等，经实际结构试验，土木结构损伤中的固有频率变化比较小，振型的局部刚度变化较为敏感，不过其精准测量比较困难。如Elkordy等人采取振型方法进行五层框架结构的损伤诊断，在不同损伤状况中，第1-第4层当中的第1振型，是依据第5层当中的第1阶振型进行归化处理，并对损伤前后的振型变化比，当作参数输进BP网络中，还应对损伤位置给予检测，对其损伤程度进行测定。在检测当中，仅应用振型方法诊断会受到检测时建筑物振动影响检测结果，具有一定缺陷性