健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)姓 名：林煜峰學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：土木1006指導(dǎo)教師：盧文良單 位：北京交通大學(xué)土建學(xué)院目錄 TOC o 1-3 h z u 第一部分：前言重大土木工程結(jié)構(gòu)，如水壩、橋梁、電廠、軍事設(shè)施、高層建筑等，在遭受地震、洪水、颶風(fēng)、爆炸等自然或人為災(zāi)害時(shí)的安全問(wèn)題，與人民的生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注。上述重要結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了極端災(zāi)害性事件后，立即對(duì)他們的健康狀況做出評(píng)估是非常必要的，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)的性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和估計(jì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的位置和程度，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)

2、的性能變化和剩余壽命并做出維護(hù)決定，合理疏散居民，對(duì)提高工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義。因此，結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。第二部分：專論開(kāi)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)工作的意義1.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的定義和內(nèi)涵結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)( Structural Health Monitoring，SHM)定義為：一種從營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)中獲取并處理數(shù)據(jù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)(如可靠性、耐久性等)的有效方法。它結(jié)合了無(wú)損檢測(cè)(NDT)和結(jié)構(gòu)特性分析(包括結(jié)構(gòu)響應(yīng))，目的是為了診斷結(jié)構(gòu)中是否有損傷發(fā)生，判斷損傷的位置，評(píng)估損傷的程度以及損傷對(duì)結(jié)構(gòu)將要造成的后果?？偟膩?lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

3、的基本內(nèi)涵即是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評(píng)估，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重異常狀態(tài)時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，為結(jié)構(gòu)維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。百度百科：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是指對(duì)工程結(jié)構(gòu)實(shí)施損傷檢測(cè)和識(shí)別。 我們這里所說(shuō)的損傷包括材料特性改變或結(jié)構(gòu)體系的幾何特性發(fā)生改變，以及邊界條件和體系的連續(xù)性，體系的整體連續(xù)性對(duì)結(jié)構(gòu)的服役能力有至關(guān)重要的作用。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)涉及到通過(guò)分析定期采集的結(jié)構(gòu)布置的傳感器陣列的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)觀察體系隨時(shí)間推移產(chǎn)生的變化，損傷敏感特征值的提取并通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)確定結(jié)構(gòu)目前的健康狀態(tài)。對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)定期更新來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)老化和惡劣服役環(huán)境對(duì)工程結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能1.2起源長(zhǎng)

4、期以來(lái)，我們一直使用針對(duì)質(zhì)量的不連續(xù)的方法來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)服役以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。從19世紀(jì)初開(kāi)始，列車員借助小錘通過(guò)聽(tīng)錘擊鐵軌的聲音來(lái)確定是否存在損傷2。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)，幾十年來(lái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)一直作為檢測(cè)手段1。在過(guò)去的十到十五年里，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)始興起并產(chǎn)生一個(gè)聯(lián)合不同工程學(xué)科分支的新的領(lǐng)域，而且專注于這個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會(huì)議和科學(xué)期刊開(kāi)始產(chǎn)生2。因此這些技術(shù)變得更為常見(jiàn)。1.3結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，可以說(shuō)本領(lǐng)域已經(jīng)成熟到一個(gè)階段，很多基本的理論和原理已經(jīng)成型5。這些原理如下： 公理1：所有的材料都有內(nèi)在損傷； 公理2：損傷的評(píng)估需要體系兩種狀態(tài)的對(duì)比； 公理3：可通過(guò)無(wú)參照

5、研究來(lái)判定損傷是否存在和定位損傷，但是判定損傷類型和損傷程度需要有參照研究模式； 公理4a：?jiǎn)慰總鞲衅鞑荒軠y(cè)定損傷，數(shù)據(jù)處理的特征提取和統(tǒng)計(jì)分類才能將傳感器獲取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為損傷信息； 公理4b：在缺乏智能特征提取手段時(shí)，測(cè)試方法對(duì)損傷越敏感，則操作和環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果影響越大； 公理5：損傷的開(kāi)始和發(fā)展的長(zhǎng)度和時(shí)間尺度提供結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)需要的特征； 公理6：在算法對(duì)損傷的敏感度和抗噪聲干擾的能力有一個(gè)平衡點(diǎn)； 公理7：可通過(guò)體系動(dòng)力響應(yīng)變化測(cè)得的損傷尺寸與可激勵(lì)的頻率范圍大小成反比；1.4對(duì)設(shè)計(jì)和研究的推動(dòng)意義與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不同，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)不僅要求在測(cè)試上具有快速大容量的信息采集與通訊

6、能力，而且力求對(duì)結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。然而，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)不僅僅只是為了結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)控與評(píng)估。由于大型或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及多變的實(shí)際環(huán)境，在設(shè)計(jì)階段完全掌握和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的。結(jié)構(gòu)理論分析常基于理想化的有限元離散模型，并且分析時(shí)常以很多假定條件為前提，這些往往與實(shí)際的真實(shí)條件不全相符因此，通過(guò)健康監(jiān)測(cè)所獲得的實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力行為來(lái)驗(yàn)證理論模型、計(jì)算假定具有重要意義。健康監(jiān)測(cè)信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更深遠(yuǎn)意義在于，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等可能得以改進(jìn)。并且，對(duì)結(jié)構(gòu)在各種使用條件和自然環(huán)境下的真實(shí)行為的理解以及對(duì)環(huán)境荷載的合理建模是將來(lái)實(shí)現(xiàn)“虛

7、擬設(shè)計(jì)”的基礎(chǔ)。還應(yīng)看到，健康監(jiān)測(cè)帶來(lái)的將不僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和對(duì)某特定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反思，它還可能并應(yīng)該成為結(jié)構(gòu)研究的“現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室”。同時(shí)，結(jié)構(gòu)控制與健康評(píng)估技術(shù)的深入研究與開(kāi)發(fā)也需要結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與調(diào)查。健康監(jiān)測(cè)為結(jié)構(gòu)工程中的未知問(wèn)題和超限結(jié)構(gòu)的研究提供了新的契機(jī)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)不只是傳統(tǒng)的檢測(cè)加結(jié)構(gòu)評(píng)估技術(shù)，而是被賦予了結(jié)構(gòu)監(jiān)控與評(píng)估、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和研究與發(fā)展三方面的意義。二、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本描述典型的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)分為三個(gè)階段：一、監(jiān)測(cè)階段；二、診斷階段；三、狀態(tài)評(píng)估階段。完成這樣一個(gè)系統(tǒng)需要多學(xué)科技術(shù)人員的密切合作。目前第一階段“監(jiān)測(cè)”技術(shù)日趨成熟；第二階段“診斷”是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，

8、該階段需要通過(guò)有對(duì)實(shí)際工程有相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)才能完成；而第三階段“狀態(tài)評(píng)估階段”尚處于研究和發(fā)展之中。三、健康檢測(cè)概述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的目的就是通過(guò)結(jié)構(gòu)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境激勵(lì)(人為的或自然的) 的響應(yīng)，并從中提取結(jié)構(gòu)的損傷和老化信息，為結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)工作提供參考，因而可降低維護(hù)費(fèi)用，預(yù)報(bào)災(zāi)難性事件的發(fā)生，將損失降低至最小。對(duì)于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵，就技術(shù)上而言，主要是先進(jìn)傳感器的優(yōu)化布設(shè)和信息的高效傳輸；就理論上而言，主要是結(jié)構(gòu)識(shí)別理論和狀態(tài)評(píng)估理論的發(fā)展。因此，健康檢測(cè)有可能將目前廣泛采用的離線、靜態(tài)、被動(dòng)的損傷檢測(cè)，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)工程安全監(jiān)

9、控、減災(zāi)防災(zāi)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命?？梢?jiàn)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是一門綜合性技術(shù)，涉及到結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、信息技術(shù)(如信號(hào)的傳輸、處理、存貯與管理) 、傳感器技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等多個(gè)學(xué)科。一般，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)部分:(1) 傳感系統(tǒng)。由傳感器、二次儀表及高可靠性的工控機(jī)等部分組成，用于將待測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。(2) 信號(hào)采集與處理系統(tǒng)。一般安裝于待測(cè)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)多種信息源、不同物理信號(hào)的采集與預(yù)處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取所需要的參數(shù)，以一定的形式存儲(chǔ)起來(lái)。(3) 通信系統(tǒng)。將處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。(4) 監(jiān)控中心和報(bào)警設(shè)施。利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包

10、括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度等。傳感器監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過(guò)采集與處理，由通信系統(tǒng)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行分析，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的健康狀況作出評(píng)估。如發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報(bào)警信息。一般大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)以下幾方面進(jìn)行監(jiān)控 : 結(jié)構(gòu)的固定模態(tài)及其相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)阻尼; 橋梁在正常車輛荷載及風(fēng)載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和力學(xué)狀態(tài); 橋梁在突發(fā)事件(如強(qiáng)烈地震、意外大風(fēng)或其他嚴(yán)重事故等) 之后的損傷情況; 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)疲勞狀況; 橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如支座) 和附屬設(shè)施的工作狀態(tài); 大橋所處的環(huán)境條件,如風(fēng)速、溫度、地面運(yùn)動(dòng)等。大型橋梁因其橋型、重要性、使用年限等因素的不同,其健

11、康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)也有所不同。國(guó)外從20 世紀(jì)80 年代中后期開(kāi)始建立了各種規(guī)模的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)自20 世紀(jì)90 年代起也在一些大型重要橋梁上安裝了不同規(guī)模的健康檢測(cè)系統(tǒng)。如在香港的青馬橋、汲水門橋和汀久橋上安裝了保證橋梁運(yùn)營(yíng)階段安全的風(fēng)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ,可以監(jiān)測(cè)作用在橋梁上的外部荷載(包括環(huán)境荷載、車輛荷載等) 與橋梁的響應(yīng);在上海徐浦大橋上安裝的帶有研究性質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其目的是為了獲得大型橋梁健康檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn),監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括車輛荷載、中跨主梁的標(biāo)高和自振特性,以及跨中截面的溫度和應(yīng)變、斜拉索的索力和振動(dòng)水平;在江陰長(zhǎng)江公路大橋上安裝的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要監(jiān)測(cè)加勁梁的位移、吊

12、索索力、錨跨主纜索股索力以及主纜、加勁梁、吊索的振動(dòng)加速度等;在南京長(zhǎng)江大橋上安裝的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要進(jìn)行溫度、風(fēng)速風(fēng)向、地震及船舶撞擊、墩位沉降,以及恒載幾何線形、結(jié)構(gòu)振動(dòng)、支座位移等方面的監(jiān)測(cè)。第三部分：結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況1.監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備傳統(tǒng)的測(cè)量方法是用應(yīng)變片來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況和所受的應(yīng)力。較常用的是電阻式應(yīng)變片。但這類應(yīng)變片由于其輸出功率較小、對(duì)電噪聲比較敏感，因此對(duì)后續(xù)的信號(hào)處理設(shè)備要求較高。近年來(lái)通過(guò)研究和實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用新出現(xiàn)的很有前途的信息傳感技術(shù)主要有：光學(xué)傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器、GPS和無(wú)線傳感等。(1)光纖傳感器光纖傳感技術(shù)是利用光

13、纖對(duì)某些特定的物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接可測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)。由于具備各種特有的優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)歷多項(xiàng)實(shí)際監(jiān)測(cè)項(xiàng)耳的考驗(yàn)和完善之后，光纖傳感技術(shù)已經(jīng)成為目前最成熟可靠的監(jiān)測(cè)手段。光纖檢瀏法的優(yōu)勢(shì)：抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質(zhì)安全；重量輕、體積小、外形可變，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響??；具有極高的靈敏度和分辨率，便于復(fù)用，便于成網(wǎng)，有利于與現(xiàn)有光通信技術(shù)組成遙測(cè)網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)；成本低。(2)微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))的發(fā)展顯示了巨大的生命力，它把信息系統(tǒng)的微型化、多功能化、智能化和可靠性水平提高到新的高度。橋梁結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，MEMS傳感器可適應(yīng)其工作特點(diǎn)。MEMS傳感器在可靠

14、性和造價(jià)方面有著較大的優(yōu)勢(shì)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)常用傳感器監(jiān)測(cè)內(nèi)容所用傳感器荷載監(jiān)測(cè)風(fēng)速計(jì)、溫度計(jì)、強(qiáng)震儀、攝像機(jī)幾何監(jiān)測(cè)位移計(jì)、傾角儀、GPS電子測(cè)距器、數(shù)字相機(jī)動(dòng)、靜力監(jiān)測(cè)位移計(jì)、傾角儀、應(yīng)變計(jì)、測(cè)力計(jì)、加速度計(jì)(3)GPS和無(wú)線傳輸GPS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由四組系統(tǒng)組成，通過(guò)固定光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)而進(jìn)行運(yùn)作。這4個(gè)系統(tǒng)分別是：GPS測(cè)量系統(tǒng)；信息收集系統(tǒng)；信息處理和分析系統(tǒng)；系統(tǒng)運(yùn)作和控制系統(tǒng)。近年人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)位移測(cè)量精度有顯著的提升。將此測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于直接量度結(jié)構(gòu)整體或重點(diǎn)部位的三維位移，配合結(jié)構(gòu)分析模型來(lái)模擬主要構(gòu)件的內(nèi)力狀況，可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和評(píng)估的可靠度，并預(yù)警結(jié)

15、構(gòu)有否潛在損壞的危機(jī)，提高養(yǎng)護(hù)維修工作的效率和效果。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)常用傳輸線把傳感器的信號(hào)傳到中心存儲(chǔ)單元，有線傳輸系統(tǒng)的安裝造價(jià)高、信號(hào)易受環(huán)境的干擾。為了解決其缺點(diǎn)，人們提出了無(wú)線傳感系統(tǒng)。無(wú)線傳感安裝方便，可實(shí)現(xiàn)傳感器之間直接通信。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的靈活性在于減輕了系統(tǒng)對(duì)中心數(shù)據(jù)采集單元系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)性的依賴。(4)聲發(fā)射和超聲-聲發(fā)射系統(tǒng)聲發(fā)射(AE)是從材料中的損傷源快速釋放能量而產(chǎn)生的彈性應(yīng)力波。這些彈性波可以監(jiān)測(cè)到并轉(zhuǎn)換成壓電信號(hào)，這些由安裝在材料表面的小的壓電晶體傳感器完成。傳感器響應(yīng)通過(guò)前后濾波器去除頻率低于IOOKHz的可聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。結(jié)果表明即使是周圍的噪聲水平很高使用聲發(fā)射也能

16、監(jiān)控結(jié)構(gòu)的活動(dòng)損傷聲發(fā)射的損傷源包括斷裂、塑性變形、沖擊、磨擦、腐蝕膜層破壞及其他過(guò)程。超聲-聲發(fā)射(AU)是在具有聲發(fā)射應(yīng)用特征的頻率范圍內(nèi)使用超聲波方法該技術(shù)能檢測(cè)和描繪單層和多層金屬、陶瓷和復(fù)合板材料結(jié)構(gòu)的差異。也能對(duì)微觀結(jié)構(gòu)、金屬厚度和厚的復(fù)合材料進(jìn)行腐蝕及分布差異的檢測(cè)。Au使用脈沖發(fā)生器和接收傳感器以低超聲范圍內(nèi)的共振頻率，結(jié)合波傳播動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)來(lái)檢測(cè)損傷超聲波被表面和界面反射回來(lái)，由于散射和吸收衰減，在反射和播送中模式發(fā)生變化這些結(jié)果主要依賴于波的頻率、方向、初始模式和表面損傷的位置和方位當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時(shí)，信號(hào)發(fā)生變化就表示損傷類型。通過(guò)計(jì)算信號(hào)中給定的損傷類型和度的平均變化，可以

17、從AU測(cè)量值來(lái)估算損傷。2.測(cè)點(diǎn)布置人們探索了一系列的準(zhǔn)則，如基于經(jīng)驗(yàn)和基于結(jié)構(gòu)自由度的縮聚法；針對(duì)振動(dòng)模態(tài)的有效獨(dú)立法(EI)：Cameron和Durrant-Whyte在模態(tài)實(shí)驗(yàn)中采用的貝葉斯法：清華大學(xué)在青馬大橋健康監(jiān)測(cè)中采用的遺傳算法尋找加速度傳感器的最優(yōu)布點(diǎn)；西南交通大學(xué)也探索了靜載作用下橋梁應(yīng)變測(cè)量傳感器優(yōu)化布設(shè)。目前技術(shù)發(fā)展比較成熟的主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。3.結(jié)構(gòu)損傷的國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)方法 結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性能指標(biāo)的測(cè)試和分析，判斷結(jié)構(gòu)是否受到損傷；如果結(jié)構(gòu)受到損傷，則損傷位置、損傷大小如何；為判斷結(jié)構(gòu)能否繼續(xù)使用及其剩余壽命估計(jì)提供決策依據(jù)。結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別主要包括4 個(gè)層次

18、: 結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷；對(duì)損傷的定位；對(duì)結(jié)構(gòu)損傷大小進(jìn)行評(píng)價(jià)； 對(duì)結(jié)構(gòu)的剩余壽命進(jìn)行估計(jì)。 目前關(guān)于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的第一層次的研究已經(jīng)成熟，而關(guān)于損傷定位與損傷識(shí)別大小方面的研究是核心，也是難點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)按檢測(cè)目標(biāo)可分為局部檢測(cè)和整體檢測(cè)2大類。局部法依靠無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)特定構(gòu)件進(jìn)行精確的檢測(cè)、查找,描述缺陷的部位；而整體法試圖評(píng)價(jià)整體結(jié)構(gòu)的狀態(tài),可以間斷或連續(xù)地評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的健康,確定損傷存在的可疑區(qū)域。在大型土木結(jié)構(gòu)工程的健康監(jiān)測(cè)中多綜合利用局部法和整體法。 局部檢測(cè)方法有目測(cè)法、回彈法、染色法、光干涉、聲發(fā)射法、射線法、超聲波技術(shù)等等。局部檢測(cè)方法需要預(yù)先知道結(jié)構(gòu)損傷的大體位置,并且要求

19、檢測(cè)儀器能夠到達(dá)損傷區(qū)域,對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu),無(wú)法給出整體結(jié)構(gòu)的損傷信息。整體檢測(cè)方法大致可以分為動(dòng)力指紋法、模型修正法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法等。動(dòng)力指紋法是通過(guò)分析與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)的動(dòng)力指紋變化來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀況。結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生損傷,其結(jié)構(gòu)參數(shù),如剛度、質(zhì)量、阻尼等會(huì)發(fā)生改變,從而導(dǎo)致相應(yīng)的動(dòng)力指紋的變化,這些動(dòng)力指紋的改變可以看作結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的標(biāo)志,借以診斷結(jié)構(gòu)的損傷。 目前已有的研究表明,動(dòng)力指紋法對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的簡(jiǎn)單模型結(jié)構(gòu)而言是成功的,應(yīng)用于實(shí)際的結(jié)構(gòu)上結(jié)果還不太理想?？梢哉f(shuō),到目前為止,動(dòng)力參數(shù)法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的能力仍然十分有限。動(dòng)力指紋法的成功應(yīng)用或許需要依賴于尋找新的綜合性損傷指標(biāo)

20、及試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。模型修正法主要利用動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)(通常為模態(tài)參數(shù)或加速度時(shí)程記錄、頻響函數(shù)等) ,通過(guò)條件優(yōu)化約束,不斷地修正結(jié)構(gòu)模型的剛度分布,從而得到結(jié)構(gòu)剛度變化的信息,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷判別與定位。這種方法在劃分和處理子結(jié)構(gòu)上具有很多優(yōu)點(diǎn)。用于無(wú)損評(píng)估的有限元模型修正方法包括模態(tài)柔度法、最優(yōu)矩陣修正法、靈敏度矩陣修正法、特征結(jié)構(gòu)分配法、測(cè)量剛度改變法和綜合模態(tài)參數(shù)法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于損傷識(shí)別的基本原理是:根據(jù)結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)的反應(yīng)，通過(guò)特征提取，選擇對(duì)結(jié)構(gòu)損傷敏感的參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)作為輸出，建立損傷分類訓(xùn)練樣本集。將樣本集送人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立輸入?yún)?shù)與損傷狀態(tài)之間的映射關(guān)系，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)具有模式分類功能。將待測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試的動(dòng)力參數(shù)輸入網(wǎng)絡(luò)，得出損傷狀態(tài)信息。應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN) 的