土木工程結構的性能監測係統與損傷識別方法研究
更新時間：2021-04-10 17:51
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時（shí）代、社會、科（kē）學（xué）技術的（de）發展，促進了計算（suàn）機技（jì）術、通信技術、智能技術以及信息（xī）技術等各類新型技術的進步，這些技術在應用到土木工程（chéng）結構的性能監測係統中，使其更（gèng）加（jiā）完善。
一、土木工程結構的損（sǔn）傷識別方法
（一）局部檢測方（fāng）法
局（jú）部性的檢測方（fāng）法通常包（bāo）含有目（mù）測法、染色法、光幹涉法、回彈法、射線（xiàn）法以及超聲波等相關技術方法。在開展局部檢測時必須（xū）要提前能夠（gòu）獲知結構損傷的大致區域，同時還要確保檢測設備能夠到達具（jù）體的損傷位置，在一些（xiē）較（jiào）為大型且複雜的結（jié）構之中，不能明確出（chū）整體結構具體的損傷（shāng）信息。
（二）整體檢測方法
采用損傷（shāng）產生前後的結（jié）構參數特征來調（diào）節與判斷結構損傷的方法，即被稱之為（wéi）整體檢測（cè）方法。其中整體性的檢（jiǎn）測方法通常可被劃分為以下（xià）幾類：
第一：動力指紋法。從動力測試當中獲得包含有結構特性的信息動力響應，乃（nǎi）至於這之中（zhōng）的衍生物理量均可被稱之為動力指紋。這一方法是借助於對動力指紋改變情況的分析，來評估結構的（de）實（shí）際狀況。在工（gōng）程結構產生損傷（shāng）後，響應的結構參數指標均會不同（tóng）程度的（de）發生變化，因而也便造成了動力指紋的（de）改變。這（zhè）些動力（lì）指（zhǐ）紋便可被視作為結構損傷的發生表（biǎo）示，繼而便可（kě）以此來診斷（duàn）結構損傷。
第二：模型修（xiū）正法。這（zhè）一方法通常是采用動力試驗數據，並不斷的進行條件優化，持續性的對結構模型的剛度排列進行修正，進而（ér）取（qǔ）得結構剛度的改（gǎi）變數據，最（zuì）終達（dá）到對結構損傷的判定與具體位置（zhì）的確定。此種方法在子結構的處理和劃分當中包含有許（xǔ）多優點，可應用的範圍較廣。
第三：神經網絡（luò）法。此種方（fāng）法是通過對人腦神經係統的模（mó）擬來實現的（de）。這一方（fāng）法（fǎ）能夠針對單元之（zhī）中互相聯結的單（dān）元結構，將其（qí）依據相應數量（liàng）的連接權而獲取信息的一類聯係方式，依據相應的學習規劃，實現了在網絡的學（xué）習中，對於計算、記憶以及智能識別（bié）等功能的綜合應用，具有極大的容錯率，因此應用領域十分廣闊。
第四：遺傳算法（fǎ）。這一方法的基（jī）礎思想是由隨機產生的一組解而開展搜索，在種群當中任意一個獨立（lì）的個體均是具體問題的解，即為“染色體”。此種（zhǒng）方法借助於（yú）染色體（tǐ）的適應性來對其好壞予以評價，適應能力強的染色體便能夠進入到下一代之中，因此通過迭代的交叉、結合，能夠達到對（duì）染色體的不斷優化。而（ér）將這一方法應（yīng）用到結構（gòu）損傷識別中，便能夠在有限的已知信息條件（jiàn）下，迅速的判（pàn）斷出損（sǔn）傷的大致位置與程度，即便發生部分（fèn）信息丟失情況，這一方法的最優求解也不會受（shòu）到幹擾（rǎo）。
二、土木結構損傷（shāng）識別中存在的主要問（wèn）題
（一）結構模型出現了誤差。目前，人們對木工程結構中（zhōng）出現的損傷進行的預測都是在一定的（de）基本條件下進行的，一般在規定的條件下，必須將客觀（guān）的係統抽象為具有一定模（mó）型形式和參數的數（shù）學模型。當然，針對具體的土木工程結構係統，在進行模型化的過程中，由於係統的複雜性導致了很多隨機性的出（chū）現。結構模型誤差的產生主要是由於結構的複雜性，進而必須要將引入的結構鏈接和邊界條件等進（jìn）行一定（dìng）的簡化和假定等，這就導致結構（gòu）模型不能準確地反（fǎn）映結構內部的一些細節問題，進而導致結構模（mó）型出現了很大的不完（wán）備（bèi）性。隨著新理論和新模型的出現，對土木結構的性能（néng）也（yě）能進行更加精確的檢測，同時這也是通過結構識別方（fāng）法而改進（jìn）結（jié）構模型的主要目的。由於土木工程結構模型誤差的存在，如果不仔（zǎi）細地分（fèn）析，就會進一步造成處理結構損傷識別的問題。因此，結構模型（xíng）出（chū）現的誤差是土（tǔ）木（mù）結構損傷識別中存在的主要問題之一。
（二）實測數據的不完整性（xìng）。土木結構損傷識別中存在的問（wèn）題（tí）還包括實測數據的不完整性。由於很多土（tǔ）木結構損傷的識別方法假（jiǎ）定結構模（mó）型具有（yǒu）相同的自由（yóu）度和實測自由度，在實際結構中，再加上條件（jiàn）上的限（xiàn）製，就會造成實測數據的不完整性（xìng）。實測數據的不完（wán）整性主要是由於結構測試傳感器（qì）大多隻能布（bù）置在一些有限（xiàn）的位置上，尤其是對（duì）於一些複雜的結構（gòu），傳感（gǎn）器安裝的就（jiù）更加稀疏。同時，實測數據的不完整性還無法給結構損傷識別（bié）提（tí）供（gòng）有用的信息，這種條件也在一定程度上加劇了識別問（wèn）題產生（shēng）。因此，實測數據的不完整性是土木結構損傷識別中存（cún）在的非（fēi）常重要的問題。
（三）實測數據的不精確性。在對實測的數據進行進一步的采集和處理的過程中，由於（yú）電子信號的隨機誤差存在，並且傳感器由於質量問題也會帶來一定的係統（tǒng）誤差，進而造成信號處理（lǐ）或識別技術具有非常大的不精確，這些都被認為是實（shí）測（cè）數據的不精確性造成的誤（wù）差。在對土木結構進行損傷識別的實際過程中，為了使實測自由度和模型自由度盡可能地匹配完整，一般都采用模型縮聚和模態擴展的方法，進而就會導致一些誤差（chà）的出現，這（zhè）同樣也（yě）是實測數據不精確性造成的誤差。數據誤差的存在還可能會掩蓋因結構特性改變而引起的結構（gòu）改變，進而就會導致檢測係統無法進行對損（sǔn）傷識別。當然，在對土木結構的損傷（shāng）識別進行研究的過程中，有些因素是完全無法避（bì）免的，也是所有損傷識（shí）別方法無法消除的（de）問題。因此，這些因素（sù）成（chéng）為限製結（jié）構損傷識別進一（yī）步發（fā）展（zhǎn）和應用的關鍵。
三、結語
總而（ér）言之，相關部門以及工（gōng）作人員還需要不斷加強對土木工程結構性能檢測係（xì）統以及損傷識別（bié）方法的研究（jiū），不斷提高土木工程結構實時數據（jù）測量的準確性與精準度，增加土木工程（chéng）的（de）安全性從而保證人（rén）們的生（shēng）命財產安全。
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