论文部分内容阅读
随着社会的快速发展，一些建筑物林立而起，但是随着时间的推移，这些建筑物可能出现不同程度的结构损伤，建筑物一旦出现结构损伤，将会对人们的生命和财产造成严重威胁，因此对土木工程结构损伤进行准确的诊断就显得尤为重要。本文将主要阐述土木工程结构损伤诊断常用的方法，以及探讨损伤诊断未来的研究趋势。
土木工程结构损伤主要是指土木工程原有形态被破坏，在物理空间具体表现为刚度降低、柔度增大，在模拟空间具体表现为固有频率降低。土木工程结构损伤会威胁到人们的人身安全，而土木工程结构损伤诊断方法主要是对结构损伤的状态进行评估，从而帮助人们准确掌握土木工程的状态。由于社会发展对土木工程结构损伤诊断的需要越来越高，土木工程结构损伤诊断研究是目前结构工程學科中非常活跃的研究领域，想必土木工程结构损伤诊断研究在未来有着广阔的发展前景。
1土木工程结构损伤诊断常用的方法
1.1基于固有频率变化的结构损伤诊断方法
基于固有频率变化的结构损伤诊断方法是一种理想模型法，频率改变量是这个诊断方法的关键，由于固有频率具有较高的识别精度，并且很容易获得，因此这个诊断方法应用的比较普遍。这种诊断方法首先要根据理论模型假设结构可能有一组损伤位置的方案，并且计算每个理论方案对应的任意二个频率变化量之比，然后计算实验测量的任意二个频率改变量之比，第三步需要将理论值和实验值进行比较，找出和实际测量最为接近的值，那么该值对应的损伤方案就是实际结构的损伤状态，最终就可以得到实际结构的损伤位置。
1.2基于振型变化的结构损伤诊断方法
基于振型变化的结构损伤诊断方法主要两种，分别是振型曲率法和振型变化图形法。土木工程结构如果发生损伤，那么破坏处的刚度将会降低，曲率将会增大，而振型曲率的变化会随着曲率的增大而增大，从而根据振型速率的变化就可以确定发生损伤的位置。振型变化图形法是以振型相对变化量为参数，振型相对变化量是指损伤前后的振型差值与损伤前振型的比值，然后利用振型相对变化图就可以基本确定损伤的位置。
1.3基于柔度变化的结构损伤诊断方法
基于柔度变化的结构损伤诊断方法是通过计算损伤前后二个柔度矩阵的差值矩阵，然后计算出柔度矩阵中各列的最大元素，最后通过检查最大元素的位置就可以确定损伤的位置。柔度矩阵在满足归一化条件下，它是频率的倒数和振型的函数，由于频率越大，柔度矩阵中高频率倒数的影响可以忽略不计，因此可以通过测量低频率就可以获得精度就好的矩阵。
1.4基于刚度变化的结构损伤诊断方法
土木工程结构发生损伤时，刚度会降低，因此可以采用基于刚度变化的结构损伤诊断方法来确定发生损伤的位置，但是刚度发生显著变化往往发生在一些较大的结构损伤中，一些较小的结构损伤不会发生明显的刚度变化，因此当发生微小的结构损伤时，不能采用基于刚度变化的结构损伤诊断方法来确定发生损伤的具体位置。
1.5基于频响函数变化的结构损伤诊断方法
频响函数的变化完全是由损伤的位置和类型决定，因此我们可以利用频响函数的变化对土木工程结构损伤进行诊断，虽然频响函数包括非常大的信息量，但是我们在诊断过程中往往只需要频响函数的一列数据。有的研究人员利用的传递函数识别损伤的方法，也叫作频响函数曲率法，这种诊断方法不仅受噪音的影响很低，而且诊断出的结果比较准确。有的研究人员是利用频响函数数据和有限元模型进行损伤位置的确定，这种方法需要研究人员假设出所有产生损伤的情况。
2土木工程结构损伤诊断研究展望
2.1识别小损伤的研究
土木工程结构发生大损伤时，刚度、柔度、频响函数等参数都会发生明显的变化，因此采用合理的诊断方法就可以确定损伤位置和类型，但是有时候土木工程发生的损伤都是小损伤，这时小损伤对系统参数影响较小，因此有许多诊断方法无法准确地诊断出土木工程结构损伤的具体情况。土木工程结构小损伤具有很强的不确定性和发展性，小损伤在很短的时间内可能发展为大损伤，并且小损伤对整体参数影响不大，但是对局部影响较大，因此识别小损伤将是未来土木工程结构损伤重要的研究方向。
2.2传感器优化布置的研究
传感器是土木工程结构损伤诊断过程中必不可少的一部分，传感器的主要作用是测量外部环境的变化，然后将对检测到的信号进行综合的处理和分析。损伤诊断的准确性不仅受传感器的精度的影响，而且受传感器数量的影响，诊断人员要想准确地判断出发生结构损伤的位置，必须通过传感器获取更多的信息和数据，但是在获取信息的过程中会花费大量的成本，因此传感器的数量最优化和布置最优化也是未来土木工程结构损伤研究的重要方向。
2.3结构损伤诊断方法的研究
就目前来看，大型建筑具有复杂的结构，并且有着自身的特点，它包含着机械工程、建筑工程、材料工程等多个方面的知识，动力学方法已经不能够满足社会发展的要求，因此将振动理论和信号处理、人工智能、模式识别等多个领域的知识结合起来将成为未来的发展趋势。为了能够实现对土木工程结构损伤在线监测，实时地监测出土木工程结构的具体状况，避免给人们的生命和财产带来威胁，在线损伤诊断方法也是未来重要的研究方向。另外，分类法将会在未来土木工程结构损伤诊断过程中应用的越来越广泛，分类法是将结构类型和损伤特征按照一定的标准进行分类，然后再用诊断的方法量化损伤特征，从而达到提高诊断准确性和提高诊断效率的目的。
综上所述，土木工程结构不仅关系到建筑企业的经济安全，而且关系到国家和社会的经济安全。土木工程结构损伤诊断技术不仅可以提高土木工程的安全性能，而且可以应用于工程设计方案审查、工程质量鉴定、工程重建、工程维护等各个方面，因此可以说土木工程结构损伤诊断技术研究具有非常重要的意义。在未来，土木工程结构损伤研究将会朝着小损伤研究、传感器的优化布置、诊断方法等方面展开，从而确保土木工程结构的安全。
土木工程结构损伤主要是指土木工程原有形态被破坏，在物理空间具体表现为刚度降低、柔度增大，在模拟空间具体表现为固有频率降低。土木工程结构损伤会威胁到人们的人身安全，而土木工程结构损伤诊断方法主要是对结构损伤的状态进行评估，从而帮助人们准确掌握土木工程的状态。由于社会发展对土木工程结构损伤诊断的需要越来越高，土木工程结构损伤诊断研究是目前结构工程學科中非常活跃的研究领域，想必土木工程结构损伤诊断研究在未来有着广阔的发展前景。
1土木工程结构损伤诊断常用的方法
1.1基于固有频率变化的结构损伤诊断方法
基于固有频率变化的结构损伤诊断方法是一种理想模型法，频率改变量是这个诊断方法的关键，由于固有频率具有较高的识别精度，并且很容易获得，因此这个诊断方法应用的比较普遍。这种诊断方法首先要根据理论模型假设结构可能有一组损伤位置的方案，并且计算每个理论方案对应的任意二个频率变化量之比，然后计算实验测量的任意二个频率改变量之比，第三步需要将理论值和实验值进行比较，找出和实际测量最为接近的值，那么该值对应的损伤方案就是实际结构的损伤状态，最终就可以得到实际结构的损伤位置。
1.2基于振型变化的结构损伤诊断方法
基于振型变化的结构损伤诊断方法主要两种，分别是振型曲率法和振型变化图形法。土木工程结构如果发生损伤，那么破坏处的刚度将会降低，曲率将会增大，而振型曲率的变化会随着曲率的增大而增大，从而根据振型速率的变化就可以确定发生损伤的位置。振型变化图形法是以振型相对变化量为参数，振型相对变化量是指损伤前后的振型差值与损伤前振型的比值，然后利用振型相对变化图就可以基本确定损伤的位置。
1.3基于柔度变化的结构损伤诊断方法
基于柔度变化的结构损伤诊断方法是通过计算损伤前后二个柔度矩阵的差值矩阵，然后计算出柔度矩阵中各列的最大元素，最后通过检查最大元素的位置就可以确定损伤的位置。柔度矩阵在满足归一化条件下，它是频率的倒数和振型的函数，由于频率越大，柔度矩阵中高频率倒数的影响可以忽略不计，因此可以通过测量低频率就可以获得精度就好的矩阵。
1.4基于刚度变化的结构损伤诊断方法
土木工程结构发生损伤时，刚度会降低，因此可以采用基于刚度变化的结构损伤诊断方法来确定发生损伤的位置，但是刚度发生显著变化往往发生在一些较大的结构损伤中，一些较小的结构损伤不会发生明显的刚度变化，因此当发生微小的结构损伤时，不能采用基于刚度变化的结构损伤诊断方法来确定发生损伤的具体位置。
1.5基于频响函数变化的结构损伤诊断方法
频响函数的变化完全是由损伤的位置和类型决定，因此我们可以利用频响函数的变化对土木工程结构损伤进行诊断，虽然频响函数包括非常大的信息量，但是我们在诊断过程中往往只需要频响函数的一列数据。有的研究人员利用的传递函数识别损伤的方法，也叫作频响函数曲率法，这种诊断方法不仅受噪音的影响很低，而且诊断出的结果比较准确。有的研究人员是利用频响函数数据和有限元模型进行损伤位置的确定，这种方法需要研究人员假设出所有产生损伤的情况。
2土木工程结构损伤诊断研究展望
2.1识别小损伤的研究
土木工程结构发生大损伤时，刚度、柔度、频响函数等参数都会发生明显的变化，因此采用合理的诊断方法就可以确定损伤位置和类型，但是有时候土木工程发生的损伤都是小损伤，这时小损伤对系统参数影响较小，因此有许多诊断方法无法准确地诊断出土木工程结构损伤的具体情况。土木工程结构小损伤具有很强的不确定性和发展性，小损伤在很短的时间内可能发展为大损伤，并且小损伤对整体参数影响不大，但是对局部影响较大，因此识别小损伤将是未来土木工程结构损伤重要的研究方向。
2.2传感器优化布置的研究
传感器是土木工程结构损伤诊断过程中必不可少的一部分，传感器的主要作用是测量外部环境的变化，然后将对检测到的信号进行综合的处理和分析。损伤诊断的准确性不仅受传感器的精度的影响，而且受传感器数量的影响，诊断人员要想准确地判断出发生结构损伤的位置，必须通过传感器获取更多的信息和数据，但是在获取信息的过程中会花费大量的成本，因此传感器的数量最优化和布置最优化也是未来土木工程结构损伤研究的重要方向。
2.3结构损伤诊断方法的研究
就目前来看，大型建筑具有复杂的结构，并且有着自身的特点，它包含着机械工程、建筑工程、材料工程等多个方面的知识，动力学方法已经不能够满足社会发展的要求，因此将振动理论和信号处理、人工智能、模式识别等多个领域的知识结合起来将成为未来的发展趋势。为了能够实现对土木工程结构损伤在线监测，实时地监测出土木工程结构的具体状况，避免给人们的生命和财产带来威胁，在线损伤诊断方法也是未来重要的研究方向。另外，分类法将会在未来土木工程结构损伤诊断过程中应用的越来越广泛，分类法是将结构类型和损伤特征按照一定的标准进行分类，然后再用诊断的方法量化损伤特征，从而达到提高诊断准确性和提高诊断效率的目的。
综上所述，土木工程结构不仅关系到建筑企业的经济安全，而且关系到国家和社会的经济安全。土木工程结构损伤诊断技术不仅可以提高土木工程的安全性能，而且可以应用于工程设计方案审查、工程质量鉴定、工程重建、工程维护等各个方面，因此可以说土木工程结构损伤诊断技术研究具有非常重要的意义。在未来，土木工程结构损伤研究将会朝着小损伤研究、传感器的优化布置、诊断方法等方面展开，从而确保土木工程结构的安全。