土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與損傷識(shí)別方法研究

寇文彬

摘 要：土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與損傷識(shí)別方法對(duì)于提高土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性方面有著至關(guān)重要的作用，但目前我國(guó)的土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與損傷識(shí)別方法還存在較多的問(wèn)題，需相關(guān)部門(mén)跟工作人員對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與完善。

關(guān)鍵詞：土木工程結(jié)構(gòu)；性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；損傷識(shí)別方法

時(shí)代、社會(huì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)以及信息技術(shù)等各類(lèi)新型技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)在應(yīng)用到土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，使其更加完善。

一、土木工程結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法

（一）局部檢測(cè)方法

局部性的檢測(cè)方法通常包含有目測(cè)法、染色法、光干涉法、回彈法、射線(xiàn)法以及超聲波等相關(guān)技術(shù)方法。在開(kāi)展局部檢測(cè)時(shí)必須要提前能夠獲知結(jié)構(gòu)損傷的大致區(qū)域，同時(shí)還要確保檢測(cè)設(shè)備能夠到達(dá)具體的損傷位置，在一些較為大型且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之中，不能明確出整體結(jié)構(gòu)具體的損傷信息[1]。

（二）整體檢測(cè)方法

采用損傷產(chǎn)生前后的結(jié)構(gòu)參數(shù)特征來(lái)調(diào)節(jié)與判斷結(jié)構(gòu)損傷的方法，即被稱(chēng)之為整體檢測(cè)方法。其中整體性的檢測(cè)方法通常可被劃分為以下幾類(lèi)：

第一，動(dòng)力指紋法。從動(dòng)力測(cè)試當(dāng)中獲得包含有結(jié)構(gòu)特性的信息動(dòng)力響應(yīng)，乃至于這之中的衍生物理量均可被稱(chēng)之為動(dòng)力指紋。這一方法是借助于對(duì)動(dòng)力指紋改變情況的分析，來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況。在工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷后，響應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)均會(huì)不同程度的發(fā)生變化，因而也便造成了動(dòng)力指紋的改變。這些動(dòng)力指紋便可被視作為結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生表示，繼而便可以此來(lái)診斷結(jié)構(gòu)損傷。第二，模型修正法。這一方法通常是采用動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并不斷的進(jìn)行條件優(yōu)化，持續(xù)性的對(duì)結(jié)構(gòu)模型的剛度排列進(jìn)行修正，進(jìn)而取得結(jié)構(gòu)剛度的改變數(shù)據(jù)，最終達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的判定與具體位置的確定。此種方法在子結(jié)構(gòu)的處理和劃分當(dāng)中包含有許多優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用的范圍較廣。第三，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。此種方法是通過(guò)對(duì)人腦神經(jīng)系統(tǒng)的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一方法能夠針對(duì)單元之中互相聯(lián)結(jié)的單元結(jié)構(gòu)，將其依據(jù)相應(yīng)數(shù)量的連接權(quán)而獲取信息的一類(lèi)聯(lián)系方式，依據(jù)相應(yīng)的學(xué)習(xí)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)中，對(duì)于計(jì)算、記憶以及智能識(shí)別等功能的綜合應(yīng)用，具有極大的容錯(cuò)率，因此應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。第四，遺傳算法。這一方法的基礎(chǔ)思想是由隨機(jī)產(chǎn)生的一組解而開(kāi)展搜索，在種群當(dāng)中任意一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體均是具體問(wèn)題的解，即為“染色體”。此種方法借助于染色體的適應(yīng)性來(lái)對(duì)其好壞予以評(píng)價(jià)，適應(yīng)能力強(qiáng)的染色體便能夠進(jìn)入到下一代之中，因此通過(guò)迭代的交叉、結(jié)合，能夠達(dá)到對(duì)染色體的不斷優(yōu)化。而將這一方法應(yīng)用到結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中，便能夠在有限的已知信息條件下，迅速的判斷出損傷的大致位置與程度，即便發(fā)生部分信息丟失情況，這一方法的最優(yōu)求解也不會(huì)受到干擾。

二、土木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的主要問(wèn)題

（一）結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)了誤差。目前，人們對(duì)木工程結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的損傷進(jìn)行的預(yù)測(cè)都是在一定的基本條件下進(jìn)行的，一般在規(guī)定的條件下，必須將客觀(guān)的系統(tǒng)抽象為具有一定模型形式和參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)然，針對(duì)具體的土木工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在進(jìn)行模型化的過(guò)程中，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致了很多隨機(jī)性的出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)模型誤差的產(chǎn)生主要是由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，進(jìn)而必須要將引入的結(jié)構(gòu)鏈接和邊界條件等進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化和假定等，這就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模型不能準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)了很大的不完備性。隨著新理論和新模型的出現(xiàn)，對(duì)土木結(jié)構(gòu)的性能也能進(jìn)行更加精確的檢測(cè)，同時(shí)這也是通過(guò)結(jié)構(gòu)識(shí)別方法而改進(jìn)結(jié)構(gòu)模型的主要目的。由于土木工程結(jié)構(gòu)模型誤差的存在，如果不對(duì)這些誤差進(jìn)行仔細(xì)地分析，就會(huì)進(jìn)一步造成處理結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的問(wèn)題。因此，結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)的誤差是土木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的主要問(wèn)題之一。

（二）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性。土木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的問(wèn)題還包括實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性。由于很多土木結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別方法假定結(jié)構(gòu)模型具有相同的自由度和實(shí)測(cè)自由度，在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，再加上條件上的限制，就會(huì)造成實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性主要是由于結(jié)構(gòu)測(cè)試傳感器大多只能布置在一些有限的位置上，尤其是對(duì)于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，傳感器安裝的就更加稀疏。同時(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性還無(wú)法給結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供有用的信息，這種條件也在一定程度上加劇了識(shí)別問(wèn)題產(chǎn)生。因此，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性是土木結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中存在的非常重要的問(wèn)題。

（三）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不精確性。在對(duì)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的采集和處理的過(guò)程中，由于電子信號(hào)的隨機(jī)誤差存在，并且傳感器由于質(zhì)量問(wèn)題也會(huì)帶來(lái)一定的系統(tǒng)誤差，進(jìn)而造成信號(hào)處理或識(shí)別技術(shù)具有非常大的不精確，這些都被認(rèn)為是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不精確性造成的誤差。在對(duì)土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別的實(shí)際過(guò)程中，為了使實(shí)測(cè)自由度和模型自由度盡可能地匹配完整，一般都采用模型縮聚和模態(tài)擴(kuò)展的方法，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致一些誤差的出現(xiàn)，這同樣也是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不精確性造成的誤差。數(shù)據(jù)誤差的存在還可能會(huì)掩蓋因結(jié)構(gòu)特性改變而引起的結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行對(duì)損傷識(shí)別。當(dāng)然，在對(duì)土木結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別進(jìn)行研究的過(guò)程中，有些因素是完全無(wú)法避免的，也是所有損傷識(shí)別方法無(wú)法消除的問(wèn)題。因此，這些因素成為限制結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，相關(guān)部門(mén)以及工作人員還需要不斷加強(qiáng)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)系統(tǒng)以及損傷識(shí)別方法的研究，不斷提高土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性與精準(zhǔn)度，增加土木工程的安全性從而保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉明.淺談土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與損傷識(shí)別方法[J].安徽建筑，2014，03：203-204.endprint