1、1桥梁结构的损伤检测与识别技术研究摘要：桥梁是交通和建筑中不必可少的一部分，建成后，由于气候、环境、外界损伤破坏等因素的作用，常常会出现不同程度的损坏。我国现有大量桥梁均存在着不同程度的结构损伤，采用科学合理的检测和识别技术是保证桥梁健康营运的保证措施之一。本文我们将针对桥梁存在的损伤和隐患，展开桥梁性能检测和损伤识别技术。 关键词：桥梁结构；损伤；损伤检测；损伤识别；技术 中图分类号：U443 文献标识码： A 文章编号： 桥梁结构本身的作用就是承受重力和车辆通行，在这个过程中，会受到自然界和外界人为等各种因素的影响而产生不同程度的结构损伤，而且，这种结构的损伤如果不能够及时被识别和修复，会
2、加快桥梁的损伤，大大缩短其使用寿命。 桥梁结构的损伤分类 目前，建筑业普遍都面临着结构检测和修复的难题，将所有的结构能力都进行修复有点难题，如果能够进行检测，并根据检测的结果进行损伤程度的分类，然后根据分类进行不同程度不同方式的修复，相对来说负担就减轻了很多。损伤的分类，下表为 park 等人提出的损伤分类方法： 2还有一种是按照构件承力特征的损伤分类，即：作为桥梁结构的各种承载、分力的构件，比如梁体、桥拱等出现不同程度的破坏、裂缝等，使得结构的承载能力降低，增大了桥梁结构的危险性，缩短了桥梁的使用寿命。一般说来，构件承力损伤分类的方法考虑的是结构性损伤：混凝土构件开裂、劣化；钢构件锈蚀、断裂
3、；连接构件破损；连接处开裂等。 桥梁结构损伤检测识别方法 桥梁结构检测识别方法有很多种，按不同的分类方式有不同的方式，下面我们选取几种有代表性的分类方式和检测识别方法来进行探讨。 按检测结构的范围，可以分为局部损伤检测识别和全局损伤检测识别。局部损伤检测识别方法包括：射线法、超声波和电磁试验监测、脉冲雷达法、声发射法。全局损伤检测识别是在局部损伤可能无法识别的情况下产生的，时域法、频域法、模型修正法、动力指纹法都是其常用的方法。 （一）局部损伤检测识别方法 射线法，包括或 x 射线法和射线法。射线探损技术的工作原理是利用构件的射线穿透构件后的照片进行损伤检测。x 射线穿透物体时，会因为不同的物
4、质而产生不同的吸收比例，并以密度的形式在照片上显示出一定的差异，可以通过这种图形进行观测。但是，这种方法存在一定的缺陷，所检测的结构的厚度对射线法的诊断结果影响较大，而且照片上3获得的损伤尺寸与实际情况有相应的误差，一般显示的损伤比实际的要大。注意，x 射线具有一定的放射性危险，尽量做好身体的保护措施，尽量不要直接接触到光线的辐射。 超声波法，利用应力波在固体介质中传播是否受到干扰的原理来诊断材料、结构是否受到损伤。该方法是向受监测构件发射高频声波并测量折射情况，具体操作为：分别把发射探头和接收探头放在结构的不同表面，发射探头发射超声波，接收探头接收，然后根据超声波的波速、相位、频率、振幅等声
5、学参数进行诊断。如果是结构的内部存在损伤，需要检测时，可以用超声波法的透射法和反射法，透射法通过超声波的传播速度来确定内部是不是存在损伤，并确定损伤的位置，反射法是通过反射波与接收探头之间的传播时间来对结构进行损伤检测与诊断。 声发射法，这种方法受材料限制小，大多数的金属、非金属材料都能产生声发射。它根据声发射原理，将发射源发射的弹性波通过声发射探头转换为电信号，经放大处理得到声发射特性参数。其实，声发射就如同微振动一样，属于自然本身存在现象，是人们在后来的科学研究中通过声发射仪给予了它物理特性。但目前这种检测方法只是较多地应用于混凝土结构的损伤诊断中。 （二）全局损伤检测识别 面对一些大型的
6、桥梁结构，局部损伤检测识别法无法做到损伤检测，全局损伤识别法在这种情况下产生。我们以时域法、模型修正法和动力指纹法来说明。 时域法，时域法属于基于状态空间的现代控制理论的一个重要分支。4需要同时知道系统的输入和输出信号。通常需要建立有限元的动力平衡方程或系统的状态方程，由系统假设或测量的已知条件推导合适的辨识公式，再运用已经成熟的各种动态系统辨识方法来完成结构参数的辨识。在实际操作中，系统的输入数据往往很难测量到，所以出现了许多只利用输出数据进行结构模态参数识别的方法，如神经网络法。时域法的优点在于它几乎不受变换函数假定条件的限制，所以大多结构辨识技术所用数据和采集到的信号不需要变换。但也有缺
7、点：时域内响应信号在变换过程中许多信号特征容易被忽略掉、有用信号也有可能被幅值较大的无用信号覆盖掩饰。 （下图为时域法的函数模型图和仿真曲线图） 模型修正法，利用直接或间接测得的资料（模态参数、加速度记录、频响函数等） ，通过条件优化约束，反复修正结构模型的刚度分布，得到结构刚度变化的数据信息，判别结构的损伤与定位。这种方法在处理子结构上具有很大的优势，但是，由于测试模式不完备，自由度不强，噪声大等缺陷，使得结果存在不唯一性，这种情况下，可以通过添加约束方程来进行求解，常用的约束条件有稀疏性、正定性、矩阵的对称性等条件，求解方法有优化修正法、灵敏度法和特征结构配置法。 动力指纹法，该方法就是寻
8、找与结构动力特性相关的动力指纹，通过这些指纹的变化来判断结构的真实状况。常见的动力指纹有：频率、模态应变、振型、功率谱、COMAC(坐标模态保证标、MAC(模态保证标准)准)等。大量的模型和实际结构试验表明：结构频率实测较准，但它对局部损伤不敏感；振型尤其是较高阶振型对局部刚度变化很敏感，但却很5难精确测量。MAC、COMAC 等依赖于振型的动力指纹都存在类似的问题，而模态曲率、应变模态则在低幅值振 动测试中变化量级过小而难以起到有效的判别作用。某些指标如ETR、单元模态应变能可以较有效的确定损伤位置或发展，然而这些指标对噪声比较敏感，容易湮没于噪声中。基于振动的结构损伤检测方法也属于无损检测
9、的范畴，但与传统无损检测技术相比，其测试设备简单，即可以对复杂结构的整体特性进行检测，也可以对结构的局部进行检测，同时对环境无污染，非常适合于复杂结构的长期在线健康检测与诊断。 无损伤与有损伤相结合的检测方法 局部损伤检测识别方法和全局损伤检测识别方法属于无损检测识别方法。无损伤检测识别方法虽然简单易行、测试效率高，但是结果的准确性往往受到怀疑。有损伤检测法量测结构常常是需要对所测试的结构进行部分的凿开，或者敲打出洞这种局部破坏，使结果可以更加直观可靠的看到，例如国际社会的普遍认可的有损伤检测识别方法是钻芯法。但钻芯法也存在着自己的缺陷：成本高、结构局部受到破坏、测点数量严格受限等。 将无损检
10、测方法与有损检测方法结合起来，利用有损检测方法的直观性和准确性，来校正无损检测方法通过推定得到的数据，这样的结合一方面可以提高无损伤检测识别方法的可靠性，又在一定程度上降低了对结构的破坏，因此是一种比较可行的结构损伤检测方法。 结语： 6桥梁结构的损伤检测和识别技术研究是学科综合的研究，在研究中需要用到多方面的知识，需要我们准确的把握。随着科学技术和信息化的发展，桥梁结构的损伤状况检测技术发展的快，加之受重视程度高，很多先进的检测和监测以及修复加固技术已经用到了桥梁的建设上，为桥梁结构和各方面的的健康发展打下了坚实的基础。 参考文献： 1冯长虹.火灾后桥梁结构的损伤检测及安全性评估J.现代交通技术，2011(01) 2孙凯，孟光，李富才，叶林.基于弹性导波的厚钢梁结构的损伤检测J.振动与冲击，2009(12) 3 陈志文,李兆霞.结构损伤多尺度描述及其均匀化算法J. 东南大学学报(自然科学版). 2010(03)
