摘 要：混凝土是土木工程中最重要的材料之一，它的質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的安全。直接在結(jié)構(gòu)上檢測混凝土工程質(zhì)量的無損檢測技術(shù)，已經(jīng)成為混凝土工程質(zhì)量控制和質(zhì)量事故處理的重要手段。本文主要對結(jié)構(gòu)損傷智能檢測方法做出簡要分析。

關(guān)鍵詞：混凝土;無損檢測;檢測方法

混凝土無損檢測是指在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的條件下，在構(gòu)件原位上對混凝土強(qiáng)度和缺陷等進(jìn)行直接定量的檢測。依據(jù)不同的檢測目的通常可分為以下五大類：

①結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測;

②結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土內(nèi)部缺陷檢測，如混凝土裂縫、混凝土結(jié)合面質(zhì)量、混凝土損傷層、不密實區(qū)和孔洞等;

③幾何尺寸檢測，如鋼筋位置、鋼筋保護(hù)層厚度、板面厚度等;

④結(jié)構(gòu)工程混凝土強(qiáng)度、質(zhì)量的均勻性檢測和控制;

⑤建筑物理特性的檢測，如防水、熱工、隔聲等。

有時為了達(dá)到同一檢測目的，可選用不同的檢測方法，檢測者可以根據(jù)具體情況選用最合適的檢測方法。

對于結(jié)構(gòu)損傷的檢測，傳統(tǒng)的檢測方法主要是目測法和基于儀檢器的局部檢測法。目測法的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于檢測人員的專業(yè)水平和檢測經(jīng)驗，而且目測法只能發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的缺陷，對于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷則無法檢測?；趦x器的局部損傷檢測方法常用的主要是前文中介紹的幾種方法，但是它們的缺點是必須事先知道結(jié)構(gòu)損傷的大致位置，并且結(jié)構(gòu)中這些位置必須容易接近。檢測所需要的時間較長且費用昂貴，檢測過程中要中斷結(jié)構(gòu)的使用。因此這些方法在實際工程應(yīng)用中受到了限制。

針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)損傷檢測方法存在的缺陷，近年來基于結(jié)構(gòu)整體參數(shù)的損傷檢測方法成為研究的主要方向。其中主要分為兩大類：基于靜態(tài)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法和基于動力特性的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法。前者由于測量的信息較少難以得到理想的識別結(jié)果，同時對于結(jié)構(gòu)變形影響較小的損傷構(gòu)件難以識別。目前的研究還處于發(fā)展階段。隨著近年來計算機(jī)技術(shù)、信息處理與分析技術(shù)、傳感器技術(shù)等的飛速發(fā)展，基于動力特性的結(jié)構(gòu)損傷檢測已成為國內(nèi)外的研究熱點。其中利用模態(tài)參數(shù)進(jìn)行損傷識別是應(yīng)用的最廣泛的方法，選擇不同的模態(tài)參數(shù)對于損傷識別的難易程度和準(zhǔn)確性都有重要的影響。以下將對幾種結(jié)構(gòu)智能損傷檢測方法的原理及研究狀況作簡要的介紹：

1.基于固有頻率變化的損傷檢測

結(jié)構(gòu)的損傷將造成結(jié)構(gòu)固有頻率的變化，因此可以通過檢測結(jié)構(gòu)固有頻率的變化來判斷結(jié)構(gòu)的損傷狀況。早在1969年Lifshitz和Rotem就提出通過結(jié)構(gòu)頻率的變化來進(jìn)行損傷檢測至今基于結(jié)構(gòu)頻率變化的損傷檢測已經(jīng)發(fā)表了大量文獻(xiàn)，Salawu對這方面的文獻(xiàn)作了全面的綜述。 stubbs和Osegueda提出了結(jié)合敏感性分析的結(jié)構(gòu)頻率改變的損傷定位及損傷程度判斷。

但是利用頻率作為損傷指標(biāo)有其難以克服的缺點，首先因為頻率是結(jié)構(gòu)的整體動態(tài)特性，難以反應(yīng)結(jié)構(gòu)的局部損傷。其次，高階頻率相比與低階頻率對結(jié)構(gòu)的損傷敏感，但是對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)高階頻率難以獲取和識別。

2.基于振型變化的損傷檢測

基于振型變化的損傷檢測是利用損傷前振型與損傷后振型的差值與損傷前振型的比值作為損傷識別參數(shù)。該方法多采用模態(tài)保證準(zhǔn)則（MAC）和坐標(biāo)模態(tài)保證準(zhǔn)則（COMAC）。 Ndambi等比較了基于MAC、 COMAC.頻率、柔度矩陣、模態(tài)應(yīng)變能變化識別鋼筋混凝土梁損傷的能力通過比較發(fā)現(xiàn)利用MAC的變化只能檢測出結(jié)構(gòu)發(fā)生了損傷，而不能判斷出損傷發(fā)生的位置和損傷程度。利用COMAC的變化可以判斷出對稱加載的損傷位置，但對于非對稱加載則不能檢測。

3.基于殘余力向量的損傷檢測

利用殘余力檢測損傷的原理是損傷單元對應(yīng)的殘余力向量元素不為零，因此該方法在進(jìn)行損傷檢測時不需要知道損傷后的結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，而只需知道損傷前的質(zhì)量和剛度矩陣以及損傷后的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。

周先雁等運用該方法對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型的損傷進(jìn)行了準(zhǔn)確的定位。Rao等利用殘余力向量構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)并結(jié)合遺傳算法對懸臂梁、平面桁架等不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測均取得了很好的效果。

4.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的損傷檢測

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是模擬大腦的神經(jīng)元構(gòu)筑的一種大型網(wǎng)絡(luò)，它具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶、綜合處理等信息處理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法用于損傷檢測的基本原理是：首先用無損系統(tǒng)的振動測量數(shù)據(jù)來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù);然后將系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)，如果網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)是成功的，無損結(jié)構(gòu)的輸出結(jié)果應(yīng)當(dāng)差別不大，相反有損傷結(jié)構(gòu)的輸出結(jié)果則會有較大的差異。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷識別多采用BP網(wǎng)絡(luò)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法較成熟等優(yōu)點。但其缺點在于收斂速度慢且容易收斂到局部最優(yōu)解。針對此缺點，近年來發(fā)展了概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。王柏生等運用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對結(jié)構(gòu)損傷位置進(jìn)行了識別，并與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果作了比較。對比可知，無論是否在樣本中加入噪聲，概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別結(jié)果都優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

通過以上對常用無損檢測技術(shù)的介紹可知，每種無損檢測方法的適用范圍各不相同，影響檢測結(jié)果的因素也有較大的差異。通常根據(jù)檢測目的和檢測對象的不同需要選用不同的檢測方法，對于同一檢測對象有時也會選用不同的檢測方法。但是對于不同的檢測方法和不同時期所測得的結(jié)果往往是相互獨立的。一方面對于不同的檢測方法測得的結(jié)果很難進(jìn)行對比分析，即使超聲-回彈綜合法可以在一定程度上實現(xiàn)對兩種方法所得結(jié)果的相互修正，它所建立的測強(qiáng)曲線也是十分粗糙的。另一方面對于不同時期的檢測結(jié)果僅僅是反映了結(jié)構(gòu)在該時段的質(zhì)量，未能形成反應(yīng)質(zhì)量變化的記錄曲線。如何改變這種檢測結(jié)果相互割裂的狀況，實現(xiàn)對多種檢測方法的綜合并且形成對工程質(zhì)量變化的監(jiān)測，是檢測技術(shù)發(fā)展過程中值得研究的一個問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為這個問題的解決提供了可能性。

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