基于振动的土木工程结构损伤诊断识别方法研究

赵望安

摘要：对土木项目的施工结构实际具备的安全性能进行检测以及评判，对国内建筑行业的安全以及道路施工安全而言，发挥着十分重要的作用。下文就以振动类型的土木项目的施工结构为依据，对于其出现的损伤情况展开分析以及研究工作。

关键词：振动；土木工程；结构损伤；诊断识别方法；研究

对于振动类型的土木项目的施工结构出现的损伤问题进行诊断以及检测工作，属于现在对项目结构自身安全问题进行评断的一个重要的方法。一个项目自身的安全性能有无达标，和社会具备的稳定性、公民的幸福存在紧密的联系，因此，大力关注土木项目这一结构自身存在的损伤问题，并对其开展检测工作就十分重要。

一、简单论述频繁使用的诊断和识别方式

对于振动类型的土木项目的施工结构出现的损伤问题进行诊断以及检测时，频繁使用的方式有方式五种，分别为：

第一种是使用模型进行修正与使用指标进行识别诊断的方式，这一方式主要是经过对某一个处于动态的数据模型进行建立，将之前处于静态的模型获得的数据进行转变，以此为前提条件，得到震动响应的具体数据；

第二种是使用神经网络进行诊断的方式，这是一类全新的、使用到对土木项目的施工结构出现的损伤问题进行诊断以及检测工作内的模型，在对获得的数据实施分析以及传递操作期间，全部是将神经元当作基本单元。因此，在此模型内，对数据实施保存以及分析的工作十分的快速高效。

第三种是使用动力参数进行诊断的方式，这一参数是通过与静态参数进行对比得出的。现在，人们使用的动力参数包括了：振型、模态柔度矩阵、模态曲率、能量输送比（ETR）、频率、功率谱、频响函数、模态保障原则（MAC，COMAC）、传递函数、应变模态等等。

第四种是使用小波进行分析以及检测的方式，这一方式是最近这几年数学理论内，为了实现分析技术的调和开展研究工作获得的最新成果，这一个处理方式的问世，能够正确的对土木项目的施工结构出现的反振动问题进行处理。导致之前的项目在具体开展分析工作期间，使用过程中存在制约的动态参数分析方式获得了延伸。

第五种是使用遗传计算进行诊断的方式，这一方式同样是最近这几年发展得出的一项跨学科对于土木项目的施工结构出现的损伤问题进行诊断以及检测的方式。它能够在动态参数不超过模型本身的条件当中，最大限度的对项目结构具备的安全参数进行分析[1]。

本文主要对使用模型进行修正与使用指标进行识别诊断的方式进行论述，下面为其实验环节和最终结论依据。

二、相关实验

对于结构部分出现的损伤问题进行诊断期间使用技术，其重点是得到最佳的结构动力发出响应之后的数据。实际使用模型进行修正与使用指标进行识别诊断的这一方式开展分析以及检测工作期间，具体的实验内容如下所述：第一，借助于自然状态下的激励技术（NExT），联系特征系统达成计算方式（ERA），从结构自身发出的动力响应信号内部，获得结构自身的模态参数（震动类型以及频率）；第二，借助于经过识别结构出现损伤以前以及以后的模态参数，对于结构单元出现的损伤情况的诊断指标值进行计算，借此方式确定结构自身出现损伤问题的位置以及实际受损情况。

这一分析以及检测使用输入未知的条件的方式，对土木项目的损伤情况进行诊断。以模态应变能力出现的变化率为基础，对损伤问题进行诊断。使用质量归一化这类型的振动情况，只单方面借助于结构出现损伤问题之前以及之后的几个环节的模态振型就能够实现对损伤情况开展的诊断操作，它是一类非模型状态的损伤诊断施工方式，不用借助于有限元模型开展修正操作的技术。为了对这一分析以及检测方式具备的有效性进行验证，另外将这一方式使用在单一损伤问题还有大量损伤的这两类损伤情况进行分析以及检测，最终得出的结果得出，这一方式可以十分精确将框架结构部分出现损伤问题的位置定位出来，同时对构件出现的实际损伤程度进行了判断，在实际使用过程中，拥有巨大的实际使用价值[2]。

三、结论分析

使用模型进行修正与使用指标进行识别诊断的这一方式，是站在统计的视角开展工作，对于特征参数具备的不确定性还有自身在统计分布方面具备的特征进行考虑，能够借助于有关的随机有限元模型，对于特征值方面的问题进行分析以及研究，以此为基础对损伤情况进行评估，还有就是借助于谱密度进行预估的这一统计学方面的特点，最终得到模态参数实现修正操作的概率密度，通过函数表达式的方式对出现的损伤情况进行分析等，还有广义上使用贝叶斯进行统计的方式、规范化的方式、模糊逻辑的方式等[3]。现在，对于该领域开展的研究工作相对偏少，不具备充分的资料文献以及相关的实例项目，可是，从理论学方面的前提条件来讲，要拥有相对优质的发展前景。可以使用顺序概率比进行测试的这一方式（SPRT），使用在对连接位置出现得的变化情况，对于结构部分造成的损伤产生的影响实施监测工作。使用统计学方面的分析方式，经过推导的方法得到：结构时域出现响应现象的一个特别的特征，是在对模型进行预测操作期间存在的两个基础的假设：

1.这一模型可以对特征进行预测，结构部分并未出现任何损伤。

2.模型不可以对特征进行预测，结构部分也已经出现了受损现象。在SPRT计算方式当中的原始公式内，特征被设置成了高斯分布，同时并对其给出了与之对应的阈值。可是，也许使用在对出现损伤区域的特征对于分布期间尾部区域的敏感程度进行检测，还有，其尾部可以不在高斯分布规定的特征要求当中，这一时间段当中，经过EVS（极值分布）这一模型对其尾部区域进行转变，能够使用SPRT这一计算方式当中的阈值，由此方式预防正常情况下的假定问题[4]。

四、结束语

現如今，随着时代的发展与科技的进步，对于工程建筑也提出了更高的要求。将其振动特性当作前提条件，对隐蔽项目出现的损伤问题开展分析的环节极为复杂，经过制定健全的模型，使用可信赖的操作以及识别方式，对开展研究工作的环节实施优化操作，让操作识别具备的便利性以及科学性得到明显的提升，确保识别得出的结果具备的精准性更好，实现项目建设提出的具体要求。

参考文献：

[1]李雪艳，刘济科.基于振动特性灵敏度分析的梁结构损伤识别[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013，31（z1）：119.

[2]刘济科，汤凯.基于振动特性的损伤识别方法的研究进展[J].中山大学学报（自然科学版），2011，43（6）：57.

[3]姜绍飞，党永勤，苏居儒，etal.基于振动的结构健康监测技术[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2003，19（4）：275-278.

[4]李春源，姜作杰，官志文.土木工程结构损伤检测技术研究概述[J].呼伦贝尔学院学报，2013，21（1）：99+118-120.

（作者单位：浙江交工国际工程有限公司）