摘要：在長(zhǎng)時(shí)間的使用下，土木工程結(jié)構(gòu)由于環(huán)境的變化、結(jié)構(gòu)被腐蝕、材料老化、長(zhǎng)期承載等因素導(dǎo)致了使用功能的退化。因此關(guān)于土木工程中的結(jié)構(gòu)損傷斷定問(wèn)題已經(jīng)在近些內(nèi)引起了國(guó)內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了研究，也形成了一些有效的方法。本文通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的分析，介紹了幾種目前使用的土木工程中結(jié)構(gòu)損傷斷定的方法。

關(guān)鍵字：土木工程 結(jié)構(gòu)損傷 斷定

現(xiàn)代，由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的不斷發(fā)展，土木工程建筑也不斷出現(xiàn)在城市的各個(gè)角落，土木工程已經(jīng)和人們的生活息息相關(guān)了。土木工程的安全關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)的安全，因此對(duì)于關(guān)于土木工程中的結(jié)構(gòu)損傷斷定問(wèn)題的研究變得尤其重要。目前，對(duì)于土木工程中結(jié)構(gòu)損傷斷定的研究也受到各界人士的關(guān)注，各種方式和方法也不斷的被研發(fā)出來(lái)，使土木工程損傷斷定的技術(shù)更加成熟和完善。

1、結(jié)構(gòu)損傷概述及其結(jié)構(gòu)損傷斷定的發(fā)展

1.1結(jié)構(gòu)損傷概述

結(jié)構(gòu)損傷其本質(zhì)就是發(fā)生的一些結(jié)構(gòu)性態(tài)的改變，而對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷的斷定其實(shí)就是通過(guò)其結(jié)構(gòu)性態(tài)的改變而去斷定其結(jié)構(gòu)損傷的整體情況。對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)損傷斷定主要研究包括損傷的指示，即對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)異常的結(jié)構(gòu)的警示。其次是找出結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的位置。最后確定出結(jié)構(gòu)損傷的程度，給出確定的損傷指標(biāo)。

1.2結(jié)構(gòu)損傷斷定的發(fā)展

對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)損傷的斷定的研究已經(jīng)有著許久的歷史，從國(guó)際范圍來(lái)看主要是經(jīng)歷了三個(gè)階段：首先是上個(gè)世紀(jì)四五十年代的思考探索階段，主要是尋找出結(jié)構(gòu)損傷產(chǎn)生的主要原因以及修補(bǔ)的辦法。這個(gè)階段的研究法師主要是通過(guò)目測(cè)和自身的經(jīng)驗(yàn)。其次是對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷斷定研究的發(fā)展階段，處于上個(gè)世紀(jì)六七十年代，主要是對(duì)檢測(cè)方法的研究，提出了包括物理檢測(cè)，破損檢測(cè)、無(wú)破損檢測(cè)等的幾十種檢測(cè)方式，還提出了模糊評(píng)價(jià)、分項(xiàng)評(píng)價(jià)等多種的評(píng)價(jià)方式。到了上個(gè)世紀(jì)的八十年代，對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷斷定研究進(jìn)入了一個(gè)完善的階段，對(duì)于斷定的方法制定了一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，強(qiáng)調(diào)對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷斷定的綜合評(píng)價(jià)。

近幾年來(lái)，由于天氣狀況，地址災(zāi)害，給我國(guó)的土木建筑工程帶來(lái)了巨大的危害，尤其是對(duì)橋梁、大壩等不同程度的造成了損傷。對(duì)于土木建筑工程進(jìn)行檢測(cè)最重要的就是確定結(jié)構(gòu)損傷的位置以及損傷的程度。如果能在災(zāi)難到來(lái)之前，對(duì)于土木工程的結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行全面的評(píng)估，并且及時(shí)的加強(qiáng)修復(fù)，那么會(huì)大大降低人員和財(cái)產(chǎn)的損失。因此對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)損傷斷定的研究具有重要的意義。

2、土木工程中的結(jié)構(gòu)損傷斷定的方法

2.1物理斷定方法

物理檢測(cè)技術(shù)很早就被應(yīng)用于土木工程的結(jié)構(gòu)缺陷的檢測(cè)，其主要的方法有發(fā)射光譜法、回彈法、聲發(fā)射法、射線檢測(cè)法、超聲波發(fā)射法等等。這些方法能對(duì)一定部件的損傷進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際的應(yīng)用中要綜合其中的多種方法對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行斷定，下面就是三種最常用的方法。

（1）射線檢測(cè)法

利用X射線結(jié)合直線加速器對(duì)于工程的結(jié)構(gòu)缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷的位置和形狀，確定其結(jié)構(gòu)損傷的結(jié)果，為維修工程做參考之用。

（2）超聲波檢測(cè)法

超聲波在不同材料中的衰減性不同，利用超聲波遇到不同的介質(zhì)能夠反射的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，這種方法主要的優(yōu)點(diǎn)是成本低、靈敏度高、快速，具有良好的導(dǎo)向性。

（3）聲發(fā)射法

利用聲發(fā)射的探頭將發(fā)射源發(fā)射出來(lái)的彈性波轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)特定儀器的放大處理后得到一系列的系統(tǒng)參數(shù)，從而推測(cè)出結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)射源，也就是結(jié)構(gòu)損傷的具體位置，這種方式是對(duì)活動(dòng)性缺陷進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)。

2.2基于固有頻率的損傷斷定法

結(jié)構(gòu)的固有頻率是表示結(jié)構(gòu)固有的特性的整體量，固有頻率是結(jié)構(gòu)最為基本的參數(shù)，其識(shí)別度高并且最容易獲得。當(dāng)結(jié)構(gòu)的局部出現(xiàn)損傷的時(shí)候，結(jié)構(gòu)的固有頻率就會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，剛度的降低會(huì)使得結(jié)構(gòu)的固有頻率加大，并且測(cè)量的誤差較小，因此固有頻率一直被當(dāng)做結(jié)構(gòu)損傷診斷的標(biāo)示量。但是固有頻率對(duì)于損傷的位置不具有敏感性，不同位置的損傷可能會(huì)引起相同的頻率變化。并且在結(jié)構(gòu)不同位置的損傷對(duì)于各階固有頻率的影響也是不相同的。因此固有頻率的損傷斷定法不適用于在大型結(jié)構(gòu)在線損傷的斷定。

2.3 基于固有頻率的損傷斷定法

考慮到固有頻率產(chǎn)生問(wèn)題，結(jié)構(gòu)的固有振型斷定方式就可以包含更多的損傷信息，對(duì)結(jié)構(gòu)的局部變化比較敏感，對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷的定位更加準(zhǔn)確。利用結(jié)構(gòu)的固有振型來(lái)斷定損傷通常是用位移類(lèi)參數(shù)和以應(yīng)變類(lèi)參數(shù)作為基礎(chǔ)來(lái)定位的。這種方式通常要建立初始狀態(tài)的有限元模型作為測(cè)定的基準(zhǔn)，用固定振型的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)修正結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)比較修正前后的物理模型參數(shù)來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷情況。但是由于系統(tǒng)噪聲和觀測(cè)噪聲的影響存在著很大的測(cè)量誤差，而特征振型的變化又被測(cè)量誤差掩蓋，給基于固定振型的斷定方法在實(shí)際應(yīng)用中造成了許多困難。除此之外，振型的測(cè)量需要比較密集的測(cè)點(diǎn)，但是實(shí)際條件的限制，其觀測(cè)數(shù)據(jù)是不完整的。

2.4 基于能量變化的損傷斷定法

基于能量變化的損傷斷定法有兩種，一種是模態(tài)應(yīng)變能，這種方法是定義了每個(gè)單元的模態(tài)應(yīng)變能和它的計(jì)算方式，之后通過(guò)結(jié)構(gòu)損傷前后每個(gè)單元模態(tài)應(yīng)變能的變化來(lái)斷定損傷的位置以及損傷的程度。這種方法比較簡(jiǎn)單有效，被廣泛的應(yīng)用于實(shí)際的使用中。另一種是能量傳遞比，其基本模式是定義某種循環(huán)中的模態(tài)傳遞的能量與系統(tǒng)總能量之比為模態(tài)能量傳遞比。如果在這個(gè)傳遞的過(guò)程中出現(xiàn)損傷的情況，能量傳遞比就會(huì)發(fā)生變化。其可以確定損傷的大致位置。但是這兩種方法都容易受到噪聲的影響，因此在實(shí)際使用中采用多階模態(tài)疊加的方式，能夠大大加強(qiáng)結(jié)構(gòu)損傷斷定的準(zhǔn)確度。

2.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法是上個(gè)世紀(jì)研究出來(lái)的一種模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的一種研究客觀事物的新的方式。由大量神經(jīng)元連接成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是通過(guò)神經(jīng)元之間的相互作用來(lái)進(jìn)行信息的處理的，其信息的存儲(chǔ)形式表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)元件互連間分布式的物理聯(lián)系。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)的能力、并行計(jì)算的能力，并且具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，較強(qiáng)的非線性性能，容易進(jìn)行聯(lián)想和推廣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用在控制、識(shí)別等方面，尤其是土木工程的損傷結(jié)構(gòu)斷定的研究之中，它的適應(yīng)能力、處理環(huán)境震動(dòng)能力都較強(qiáng)，是土木工程領(lǐng)域診斷的有效的工具。其進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷斷定的主要模式是根據(jù)結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)下的反應(yīng)，提取損傷的特征，將損傷敏感參數(shù)作為輸入向量將損傷的狀態(tài)作為輸出的向量，建立其映射關(guān)系，以當(dāng)前的結(jié)構(gòu)判別出結(jié)構(gòu)損傷的模式。

結(jié)論：

關(guān)于土木工程的結(jié)構(gòu)損傷斷定方法作為一門(mén)新興的多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)交叉的學(xué)科，處于一種不斷發(fā)展的狀態(tài)。目前，對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)損傷的斷定所做的研究已經(jīng)逐步深入，針對(duì)不同的問(wèn)題，已經(jīng)研究出了許多方法。但是對(duì)于損傷的斷定仍舊處于一個(gè)初始的階段，各方面的研究都還不夠成熟，存在著許多的問(wèn)題等待解決，比如發(fā)展更加可靠的損傷斷定的指標(biāo)，研究環(huán)境參數(shù)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)等對(duì)于斷定損傷的影響程度等等問(wèn)題。

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