基于振動的土木工程結構損傷診斷識別方法研究

趙望安

摘要：對土木項目的施工結構實際具備的安全性能進行檢測以及評判，對國內建筑行業的安全以及道路施工安全而言，發揮著十分重要的作用。下文就以振動類型的土木項目的施工結構為依據，對于其出現的損傷情況展開分析以及研究工作。

關鍵詞：振動；土木工程；結構損傷；診斷識別方法；研究

對于振動類型的土木項目的施工結構出現的損傷問題進行診斷以及檢測工作，屬于現在對項目結構自身安全問題進行評斷的一個重要的方法。一個項目自身的安全性能有無達標，和社會具備的穩定性、公民的幸福存在緊密的聯系，因此，大力關注土木項目這一結構自身存在的損傷問題，并對其開展檢測工作就十分重要。

一、簡單論述頻繁使用的診斷和識別方式

對于振動類型的土木項目的施工結構出現的損傷問題進行診斷以及檢測時，頻繁使用的方式有方式五種，分別為：

第一種是使用模型進行修正與使用指標進行識別診斷的方式，這一方式主要是經過對某一個處于動態的數據模型進行建立，將之前處于靜態的模型獲得的數據進行轉變，以此為前提條件，得到震動響應的具體數據；

第二種是使用神經網絡進行診斷的方式，這是一類全新的、使用到對土木項目的施工結構出現的損傷問題進行診斷以及檢測工作內的模型，在對獲得的數據實施分析以及傳遞操作期間，全部是將神經元當作基本單元。因此，在此模型內，對數據實施保存以及分析的工作十分的快速高效。

第三種是使用動力參數進行診斷的方式，這一參數是通過與靜態參數進行對比得出的。現在，人們使用的動力參數包括了：振型、模態柔度矩陣、模態曲率、能量輸送比（ETR）、頻率、功率譜、頻響函數、模態保障原則（MAC，COMAC）、傳遞函數、應變模態等等。

第四種是使用小波進行分析以及檢測的方式，這一方式是最近這幾年數學理論內，為了實現分析技術的調和開展研究工作獲得的最新成果，這一個處理方式的問世，能夠正確的對土木項目的施工結構出現的反振動問題進行處理。導致之前的項目在具體開展分析工作期間，使用過程中存在制約的動態參數分析方式獲得了延伸。

第五種是使用遺傳計算進行診斷的方式，這一方式同樣是最近這幾年發展得出的一項跨學科對于土木項目的施工結構出現的損傷問題進行診斷以及檢測的方式。它能夠在動態參數不超過模型本身的條件當中，最大限度的對項目結構具備的安全參數進行分析[1]。

本文主要對使用模型進行修正與使用指標進行識別診斷的方式進行論述，下面為其實驗環節和最終結論依據。

二、相關實驗

對于結構部分出現的損傷問題進行診斷期間使用技術，其重點是得到最佳的結構動力發出響應之后的數據。實際使用模型進行修正與使用指標進行識別診斷的這一方式開展分析以及檢測工作期間，具體的實驗內容如下所述：第一，借助于自然狀態下的激勵技術（NExT），聯系特征系統達成計算方式（ERA），從結構自身發出的動力響應信號內部，獲得結構自身的模態參數（震動類型以及頻率）；第二，借助于經過識別結構出現損傷以前以及以后的模態參數，對于結構單元出現的損傷情況的診斷指標值進行計算，借此方式確定結構自身出現損傷問題的位置以及實際受損情況。

這一分析以及檢測使用輸入未知的條件的方式，對土木項目的損傷情況進行診斷。以模態應變能力出現的變化率為基礎，對損傷問題進行診斷。使用質量歸一化這類型的振動情況，只單方面借助于結構出現損傷問題之前以及之后的幾個環節的模態振型就能夠實現對損傷情況開展的診斷操作，它是一類非模型狀態的損傷診斷施工方式，不用借助于有限元模型開展修正操作的技術。為了對這一分析以及檢測方式具備的有效性進行驗證，另外將這一方式使用在單一損傷問題還有大量損傷的這兩類損傷情況進行分析以及檢測，最終得出的結果得出，這一方式可以十分精確將框架結構部分出現損傷問題的位置定位出來，同時對構件出現的實際損傷程度進行了判斷，在實際使用過程中，擁有巨大的實際使用價值[2]。

三、結論分析

使用模型進行修正與使用指標進行識別診斷的這一方式，是站在統計的視角開展工作，對于特征參數具備的不確定性還有自身在統計分布方面具備的特征進行考慮，能夠借助于有關的隨機有限元模型，對于特征值方面的問題進行分析以及研究，以此為基礎對損傷情況進行評估，還有就是借助于譜密度進行預估的這一統計學方面的特點，最終得到模態參數實現修正操作的概率密度，通過函數表達式的方式對出現的損傷情況進行分析等，還有廣義上使用貝葉斯進行統計的方式、規范化的方式、模糊邏輯的方式等[3]。現在，對于該領域開展的研究工作相對偏少，不具備充分的資料文獻以及相關的實例項目，可是，從理論學方面的前提條件來講，要擁有相對優質的發展前景。可以使用順序概率比進行測試的這一方式（SPRT），使用在對連接位置出現得的變化情況，對于結構部分造成的損傷產生的影響實施監測工作。使用統計學方面的分析方式，經過推導的方法得到：結構時域出現響應現象的一個特別的特征，是在對模型進行預測操作期間存在的兩個基礎的假設：

1.這一模型可以對特征進行預測，結構部分并未出現任何損傷。

2.模型不可以對特征進行預測，結構部分也已經出現了受損現象。在SPRT計算方式當中的原始公式內，特征被設置成了高斯分布，同時并對其給出了與之對應的閾值。可是，也許使用在對出現損傷區域的特征對于分布期間尾部區域的敏感程度進行檢測，還有，其尾部可以不在高斯分布規定的特征要求當中，這一時間段當中，經過EVS（極值分布）這一模型對其尾部區域進行轉變，能夠使用SPRT這一計算方式當中的閾值，由此方式預防正常情況下的假定問題[4]。

四、結束語

現如今，隨著時代的發展與科技的進步，對于工程建筑也提出了更高的要求。將其振動特性當作前提條件，對隱蔽項目出現的損傷問題開展分析的環節極為復雜，經過制定健全的模型，使用可信賴的操作以及識別方式，對開展研究工作的環節實施優化操作，讓操作識別具備的便利性以及科學性得到明顯的提升，確保識別得出的結果具備的精準性更好，實現項目建設提出的具體要求。

參考文獻：

[1]李雪艷，劉濟科.基于振動特性靈敏度分析的梁結構損傷識別[J].華南理工大學學報（自然科學版），2013，31（z1）：119.

[2]劉濟科，湯凱.基于振動特性的損傷識別方法的研究進展[J].中山大學學報（自然科學版），2011，43（6）：57.

[3]姜紹飛，黨永勤，蘇居儒，etal.基于振動的結構健康監測技術[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2003，19（4）：275-278.

[4]李春源，姜作杰，官志文.土木工程結構損傷檢測技術研究概述[J].呼倫貝爾學院學報，2013，21（1）：99+118-120.

（作者單位：浙江交工國際工程有限公司）