工程结构损伤诊断技术综述

文章编号:100926825(2006)2420062202土木工程结构损伤诊断研究现状与展望

收稿日期:2006205225作者简介:郭玉玲(19782),女,工程师,广东省中山市建筑设计院有限公司,广东中山　528403陈湘儒(19742),男,国家一级注册结构工程师,广东省中山市建筑设计院有限公司,广东中山　528403郭玉玲　陈湘儒

摘　要:阐述了结构损伤诊断技术在土木工程结构中的重要性,在综述结构损伤诊断研究现状的基础上,重点介绍了用

于土木工程结构的各种损伤诊断方法,并对相关问题进行了讨论和评述,最后对土木工程结构损伤诊断的未来研究方向

提出了建议与展望。

关键词:损伤诊断,结构振动,健康监测

中图分类号:TU361文献标识码:A

引言

一些重大的土木工程结构,如桥梁、大坝、军事设施、高层建

筑等,在遭受地震、台风、洪水、爆炸等自然或人为灾害时,将造成

巨大的人员伤亡和财产损失。例如,1999年1月重庆的彩虹大桥

倒塌,导致41人死亡,14人受伤的悲剧。2002年6月,洪水冲垮

了陇海铁路西安段的一座铁路桥梁,使得铁路停运数日,造成了

重大的经济损失。

对土木工程结构进行健康监测最主要的任务是发现并确定

结构损伤的位置和程度,这一过程即为结构损伤诊断(或称损伤

识别)。结构损伤诊断技术的研究工作大体上可以分为三个阶

段:二十世纪四、五十年代为探索阶段,探索缺陷产生的原因及修

补方法,主要通过目测方法,凭经验判断;二十世纪六、七十年代

为发展阶段,注重建筑物检测、评估方法的研究,提出了破损检

测、无破损检测、物理检测等几十种检测方法,以及分项评价、模

糊评价等多种评价方法;20世纪80年代以来进入了完善阶段,制

定了一系列的规范和标准,强调综合评价,并引入知识工程[1]。

1　结构损伤诊断技术的应用领域

土木工程结构损伤诊断技术的应用领域包括[2]:

1)新建工程结构的鉴定。评价是否达到设计要求,检验设计

计算的准确性。

2)旧工程结构的鉴定。诊断是否有损伤,评价能否继续使

结构健康监测与损伤识别技术研究与应用

结构健康监测与损伤识别技术是一项旨在保障建筑和工程结构安全的重要技术。随着建筑和工程结构日益复杂和多样化，监测和检测技术的研究和应用变得尤为重要。本文将对结构健康监测与损伤识别技术的研究与应用进行综述。

一、结构健康监测技术

结构健康监测技术是指通过使用传感器和数据采集系统等设备对结构进行实时监测和记录，以获取结构的运行状态和健康信息。这些技术主要利用振动响应原理，通过对结构振动信号的采集、处理和分析，实现对结构状态的监控。

在结构健康监测技术中，常用的传感器包括加速度计、应变计和压力传感器等。通过这些传感器获取的数据，可以用于评估结构的振动响应、变形和应力状态。

目前，结构健康监测技术主要应用于桥梁、建筑物、风力发电机组等结构的安全评估和预警。例如，对于桥梁结构，可以利用结构健康监测技术实时监测桥梁挠度、应变和塑性变形等信息，以判断桥梁结构是否存在潜在的损伤和疲劳。这种技术的应用可以提前发现和修复结构中的潜在问题，避免事故的发生，确保人员和财产的安全。

二、结构损伤识别技术

结构损伤识别技术是指通过对结构的振动响应和变形等数据进行分析和处理，识别结构中的损伤或缺陷。通过损伤识别技术，可以在损伤出现之前或损伤程度较轻时即时发现和评估结构的损伤情况，从而采取相应的维修和加固措施，延长结构的使用寿命。

结构损伤识别技术主要基于结构动力学理论和模型。通过对结构振动信号进行频域分析、时域分析和模态分析等，可以提取结构的特征参数，并进行损伤识别和评估。

在结构损伤识别技术中，最常用的方法包括模态参数法、频域参数法和时域参数法等。模态参数法利用结构的模态特性来识别损伤，频域参数法和时域参数法则通过分析结构的频谱和时间响应来识别损伤。

结构损伤识别技术广泛应用于各种建筑和工程结构中。例如，在桥梁维护中，可以利用损伤识别技术实时监测桥梁的挠度、频响和模态等参数，以识别桥梁中的损伤和缺陷。这种技术的应用可以及时发现和修复结构中的损伤，提高结构的安全性和可靠性。

土木工程结构损伤诊断研究进展

摘 要：在中国步入了21世纪之后，各个城市中的各种建筑如雨后春笋般拔地而起，一步一步走向国际化。随着居住房屋、建筑工业厂房、道路桥梁以及基本建筑逐渐更新，逐渐发展进步的建筑模式成为了社会建设工程大力发展的目标。如何正确分析坏损建筑结构，成为了本文的研究对象。所以，如何分析损伤建筑和正确实施工程，减少事故的发生，已经成为了土木工程学发展的重要研究目标。更好的分析出土木工程中结构损伤的问题，能更好的带动建筑工程的发展。

关键词：土木工程；结构损伤；诊断研究

前言

就土木工程本身而言，其结构中的不确定性因素很多，大大高于航天工程和机械工程，因其建筑规模比航天、机械工程要小很多，这就导致了其质量不够大、振动频率及振幅较高，再加上自然环境对其的影响较大，土木工程结构没有损伤那是不切实际的，所以需要加大检测的力度与次数，来预防土木工程的损伤及对其结构的影响。目前，以目测检测、超声波和X射线检测，都无法真正意义上的检测整个土木工程结构，只能检测部分结构中的受损状况，无法完全预报因其结构的损伤而导致的整体土木建筑结构的性能退化。

1 土木工程结构损伤的诊断方法

1.1 利用动力参数诊断

对于土木工程结构中的损伤检测与健康检测来说，其目的不仅仅是检测出损伤处的存在，还要能够标明损伤位置以及表象出损伤处的具体信息。因此，我们需要将观察检测到的具体动力学参数与建筑结构的基本参数进行比较，利用频率、振型、传递函数、功率函数、MAC、COMAC、ETR等参数来进行比较，并判断在这些动力参数中，哪一个是最有可能发生变化的真实状况，并加以确定。

以一个真正存在于现实中的土木工程结构而言，是无法用一个或几个动词参数的比对进行损伤为止的诊断的。直到目前为止，人们还不能够很好的利用动力参数诊断法来进行土木工程的损伤诊断，这一切都是建立在理论可行的基础上而提出的假设，虽然也在实际工程中运用过此疗（方）法，但动力参数法的表现却是不太理想的。频率的测量在一个实际的工程结构中是比较准确的，但是这种方法测量出来的数据，其对于损伤处的敏感性不大，无法完全验证结构是否损伤；振型对于局部的损伤很敏感，但是却难以准确测量。就目前的动力参数诊断法而言，或许还需要进一步的科学研究，并进行实际结构实验，找到更敏感、更好测量动力学参数，才可以对（为）土木工程结构损伤诊断做出更好的贡献。

钢筋混凝土结构损伤诊断方法综述

第一章 引言

钢筋混凝土结构在工程领域中广泛应用，在使用过程中会受到不同的外力和环境因素的影响，从而引起不同程度的损伤、劣化和老化等问题。对钢筋混凝土结构的损伤诊断是保护工程质量和延长结构使用寿命的重要手段。本文将概述钢筋混凝土结构损伤诊断的方法及其应用。

第二章 非破坏性检测方法

非破坏性检测是指在不破坏被检测物体的前提下，使用各种检测技术和设备，通过测试物体的属性或行为来评估其性能、损伤程度或缺陷类型的方法。在钢筋混凝土结构的损伤诊断中，非破坏性检测技术被广泛应用，常用的方法包括：

1. 声波检测法：利用超声波对钢筋混凝土结构的材料属性和结构情况进行评估，对破损、裂缝和空洞等问题进行检测。

2. 磁力检测法：通过磁感应原理，对钢筋混凝土结构表面产生的磁场变化进行测量，识别出隐蔽裂纹或者腐蚀现象的位置。

3. 密度检测法：通过密度计对钢筋混凝土结构的密度进行测量，根据测量结果判断混凝土的质量和密实度。

第三章 传统破坏性检测方法 传统的破坏性检测方法是通过对钢筋混凝土结构进行破坏性试验，获得最终的破坏模式和破坏强度来评估结构损伤程度的方法。如：

1. 钢筋拉伸试验法：将钢筋混凝土结构中的钢筋拉伸，通过对钢筋断裂前后进行比较分析，判断结构的破坏程度；

2. 压缩试验法：对钢筋混凝土结构进行静态承压测试，通过破坏强度和破坏模式来判断结构的损伤情况；

3. 弯曲试验法：通过对钢筋混凝土结构进行弯曲试验，获取弯曲强度和破坏模式，来评估结构的损伤情况。

这些传统方法具有可靠性高、精度高的特点，但需要对结构进行破坏性试验，会对结构造成进一步的破坏，运用范围较窄。

第四章 数字图像处理方法

通过数字图像处理技术对钢筋混凝土结构进行损伤诊断，是近年来发展比较快的技术。数字图像处理可以采用不同的成像方式，如光学相机、红外成像、激光雷达等设备，获取结构各个部位的图像信息，分析图像中的颜色、形状、纹理、亮度等特征，从而诊断出钢筋混凝土结构的损伤情况。