【摘要】土木工程的結(jié)構(gòu)性能和損傷識(shí)別直接關(guān)系著土木工程自身的穩(wěn)定性和安全性，因此提高土木工程本身的結(jié)構(gòu)性能是目前土木工程施工人員的工作重點(diǎn)。但是事實(shí)上我國(guó)目前在土木工程的性能檢測(cè)系統(tǒng)以及損傷識(shí)別機(jī)制上還不是很完善，需要相關(guān)部門在實(shí)際工作中做出努力和進(jìn)行完善。

【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

引言

近些年來(lái)，我國(guó)國(guó)內(nèi)外的學(xué)者通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型以及對(duì)數(shù)值進(jìn)行模擬等對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行相關(guān)的研究，并取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。同時(shí)，基于結(jié)構(gòu)特性，如何提高結(jié)構(gòu)損傷特性以及可靠性，使其為結(jié)構(gòu)損傷以及修葺做出正確判斷是接下來(lái)結(jié)構(gòu)工程的工作重點(diǎn)。要想解決這一問(wèn)題應(yīng)該將工作重點(diǎn)放在如何對(duì)受損結(jié)構(gòu)做出準(zhǔn)確的識(shí)別和判斷，并對(duì)有可能出現(xiàn)的損傷特性進(jìn)行分析，對(duì)損傷結(jié)構(gòu)的可靠度進(jìn)行評(píng)估。社會(huì)的不斷進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的融入，使得土木工程的性能檢測(cè)以及損傷機(jī)制上暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題，筆者接下來(lái)將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行闡述和說(shuō)明。

1.土木工程結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法

（1）局部檢測(cè)方法常見(jiàn)的局部檢測(cè)方法有目測(cè)法以及染色法等，這些技術(shù)和方法在應(yīng)用之前首先需要對(duì)結(jié)構(gòu)損傷處的區(qū)域進(jìn)行大致的了解，以及確保機(jī)制能夠準(zhǔn)確達(dá)到損傷位置，對(duì)一些大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不宜使用此方法。

（2）整體檢測(cè)方法整體檢測(cè)方法是指采用損傷前后的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)對(duì)特征進(jìn)行調(diào)節(jié)和判斷，通常將整體性檢測(cè)方法分成以下幾類：1）動(dòng)力指紋法動(dòng)力指紋方法是指通過(guò)動(dòng)力測(cè)試來(lái)獲得結(jié)構(gòu)特性的定向信息以及對(duì)動(dòng)力做出響應(yīng)，在這當(dāng)中衍生出來(lái)的物理量叫動(dòng)力指紋。通過(guò)動(dòng)力指紋法可以對(duì)改變量進(jìn)行及時(shí)的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)估結(jié)構(gòu)分析。在工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷時(shí)，會(huì)引起響應(yīng)機(jī)構(gòu)發(fā)生響應(yīng)的變化，因此可以通過(guò)指紋動(dòng)力來(lái)反應(yīng)結(jié)構(gòu)損傷的變化。換句換說(shuō)，這些動(dòng)力指紋是結(jié)構(gòu)損傷的直觀表示，可以通過(guò)動(dòng)力指紋的變化來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行診斷。2）模型修正方法這一方法依據(jù)的原理是通過(guò)動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)條件進(jìn)行優(yōu)化，以及對(duì)結(jié)構(gòu)模型的剛度進(jìn)行整理和排列，通過(guò)收集結(jié)構(gòu)剛度的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接受損傷部位的準(zhǔn)確定位。常用此方法來(lái)處理子結(jié)構(gòu)，具有較廣的應(yīng)用范圍。3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法這種方法是通過(guò)模擬人腦神經(jīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是通過(guò)單元中互相連接的結(jié)構(gòu)單元來(lái)依據(jù)連接權(quán)限獲取信息的一種連接方式。此方法具有較高的容錯(cuò)率，因此常常使用在計(jì)算、記憶以及智能識(shí)別的系統(tǒng)中，具有較好的應(yīng)用前景。4）遺傳算法這種方法是根據(jù)隨機(jī)產(chǎn)生的一組解來(lái)隨機(jī)展開(kāi)搜索，此方法主要是借助染色體的適用性來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨機(jī)選取種群中任何一個(gè)獨(dú)立個(gè)體展開(kāi)求解，即為“染色體”。此方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)染色體的適應(yīng)性進(jìn)行篩選，其中適應(yīng)性強(qiáng)的染色體能夠進(jìn)入到下一代中，通過(guò)迭代的交叉、結(jié)合，染色體實(shí)現(xiàn)不斷的優(yōu)化。因此將這一方法應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別中，可以在已知信息的條件下，迅速對(duì)損傷的位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，在判斷的過(guò)程中即使出現(xiàn)部分信息丟失，也不會(huì)對(duì)最終的求解產(chǎn)生影響。

2.國(guó)內(nèi)外損傷識(shí)別與診斷方法現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別機(jī)制誕生之初是在機(jī)械領(lǐng)域。在最初之時(shí)，主要是通過(guò)連桿以及齒輪等大型機(jī)械來(lái)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的故障并進(jìn)行判斷。在20世紀(jì)60年代，誕生了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，到了80年代后期，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了結(jié)構(gòu)無(wú)損技術(shù)的發(fā)展，特別是在土木工程中。但是由于早期建筑物出現(xiàn)的損傷率較低，可能危害程度沒(méi)有工程項(xiàng)目那么高，因此損傷技術(shù)的發(fā)展相對(duì)緩慢，而且大多數(shù)還屬于可靠性評(píng)估。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，無(wú)損技術(shù)獲得了較大的發(fā)展，并制定了相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)約束其發(fā)展，綜合評(píng)價(jià)的提出使得結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制朝著更加智能化的方向發(fā)展。我國(guó)的土木工程損傷識(shí)別技術(shù)起步較晚，主要在20世紀(jì)70年代之后才開(kāi)始逐步結(jié)合可靠性評(píng)估和安全鑒定工作進(jìn)行發(fā)展。

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

（1）結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)了誤差目前，人們對(duì)土木工程在結(jié)構(gòu)損傷的相關(guān)預(yù)測(cè)都是在一定的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)的。在規(guī)定的條件下，將客觀的系統(tǒng)抽象為具體的具有一定模型參數(shù)和形式的數(shù)學(xué)模型。但是在進(jìn)行模型化的過(guò)程中，特別是在一些大型的土木工程系統(tǒng)中，自身的復(fù)雜性提高了處理過(guò)程的隨機(jī)性，也就提高了結(jié)構(gòu)過(guò)程中的誤差率。因此在處理過(guò)程中必須要引入一些結(jié)構(gòu)鏈接以及邊界條件進(jìn)行假設(shè)和設(shè)定，因此結(jié)構(gòu)模型不能準(zhǔn)確反映出結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的一些問(wèn)題，特別是一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模型自身出現(xiàn)較多的不確定性。隨著新理論和新模型的提出，土木工程建設(shè)過(guò)程中需要不斷提升性能，提高自身的精確度，這也是對(duì)結(jié)構(gòu)識(shí)別方法進(jìn)行改進(jìn)的主要目的。在土木工程結(jié)構(gòu)模型建立的過(guò)程中由于存在誤差，如果不及時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行準(zhǔn)確分析，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷方面的問(wèn)題，因此如何處理好結(jié)構(gòu)模型出現(xiàn)的誤差是土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別接下來(lái)的工作重心。

（2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性在土木損傷識(shí)別中存在的主要問(wèn)題也是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整性。目前，很多的土木結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別方法在設(shè)定結(jié)構(gòu)模型上具有相同的自由度。然而由于條件的限制，可能會(huì)存在數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)不完整性。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整會(huì)使結(jié)構(gòu)傳感器只是安裝在一些顯眼的位置上，傳感器在一些特殊部位上較為稀疏。同時(shí)由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的數(shù)據(jù)不完整。因此，如何解決實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不完整度是解決結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的主要問(wèn)題。

（3）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不精確性在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)殡娮有畔⒌碾S機(jī)處理誤差導(dǎo)致傳感器在信息的傳遞上存在一定的質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致信號(hào)的處理和識(shí)別的最終結(jié)果可能不準(zhǔn)確。這些都可以認(rèn)為是實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)不精確導(dǎo)致的。因此在對(duì)土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別的過(guò)程中，需要進(jìn)一步提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確度，避免不必要的誤差。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)自由度和模型自由度盡可能匹配，可以采取模型縮聚和模態(tài)擴(kuò)展的方法來(lái)盡可能地減少誤差。另外，結(jié)構(gòu)特性發(fā)生改變也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)改變，但是這一因果關(guān)系常常被數(shù)據(jù)誤差掩蓋，人們往往錯(cuò)誤地以為是數(shù)據(jù)誤差導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)改變，而忽視了結(jié)構(gòu)特性這一因素。因此檢測(cè)系統(tǒng)也就無(wú)法順利地完成識(shí)別。但是在土木結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別的過(guò)程中，有些因素是不能避免的，這是無(wú)法順利消除損傷的原因。因此，這些因素也是制約結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要原因。結(jié)束語(yǔ)綜上所述，相關(guān)部門和相關(guān)工作人員在實(shí)際工作過(guò)程中需要不斷加強(qiáng)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建以及加強(qiáng)對(duì)損傷識(shí)別方法的研究，從而達(dá)到提高土木工程結(jié)構(gòu)性的目的，進(jìn)而有效提高結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)度，提高土木工程的安全性，為人民財(cái)產(chǎn)的安全做好保障。