结构损伤无损识别研究进展综述

结构损伤无损识别研究进展综述

鲁俊江

(沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 11000)

摘 要：房屋或桥梁等大型建筑物在服役期间或灾后会产生损伤，日积月累则会产生安全隐患，危害人们的生命和财产安全，因此对结构的损伤情况进行识别具有非常重要的工程价值和实际意义。目前，国内外在结构损伤识别领域已经获得了很多优秀的研究成果。本文从超声波法、动力学法和射线检测法三个方面对结构损伤识别方法进行综述。

关键词:损伤识别；超声波法；动力学法；射线检测法;

结构健康监测技术一直是国内外学者热衷于研究的话题，目前，国际学术界和工程界越来越关注基于动力学特性的结构损伤识别方法。这种方法具有实用、快速、简单等优点，因此备受瞩目[1]。钢筋混凝土梁损伤程度识别是结构健康监测和维护中的一个重要研究领域。通过对钢筋混凝土梁进行损伤识别，可以及时检测出结构中可能存在的缺陷或损伤，以便及时采取修复或加固措施，保证结构的安全可靠性。本文主要对常用的损伤识别方法进行一定的归纳和总结。

1 超声波法

超声波检测是一种无损检测方法，通过利用缺陷在超声波传播过程中对传播能量和时间产生的变化来检测混凝土内部缺陷。与声发射检测相比，超声波检测属于主动声纳技术，能够主动检测缺陷。Alexandre Bogas等[2]研究发现，轻质和普通重量混凝土受到混合设计参数的不同影响。此外，还通过无损超声波脉冲速度测试对混凝土的压缩强度进行预测。在国内，混凝土无损检测方面，刘镇清等[3]进行了相关的研究。周凯等[4]研究并指出混凝土超声波检测主要应用纵波进行检测。王怀亮、宋玉普[5]应用超声波技术研究了混凝土在受压下的超声波传播特性，测量超声波在加载过程中的传播波速，并提出了荷载和波速之间的对应关系。王颖轶、左自波等[6]基于超声波无损检测理论,建立了超声波检测混凝土结构强度的预测方法。与其他检测方法相比，超声波检测具有穿透能力强，损伤定位准确，能有效检测出面积性缺陷，应用范围广泛且灵敏度较高等特点；但因对超声波噪声信号缺乏有效的处理，故超声波成像分辨率有待提高。

2 动力学法

基于动力学特性的结构损伤识别方法即利用结构的动力响应进行结构性态识别的方法。最早的基于动态响应的损伤检测研究使用固有频率作为参数，比如说Adam[7]，提出了依据实测结构的自振频率和理论值比较来确定损伤位置和估计损伤程度的方法。1991 年，Pandey等[8]对一根梁进行有限元分析，证实了曲率模态是一个好的损伤识别指标。Lestari、Qiao[9]开发了一种基于曲率振型并使用压电智能传感器的损伤检测和结构健康监测程序。在国内，谢峻等[10]提出了改进的利用频率进行整体损伤估计法。动力学法是一种可以通过捕捉结构动力响应参数的变化来判别结构损伤的方法，它不受结构规模和隐蔽性的限制。在动力学法中，通过在结构不同位置放置动力响应传感器，可以测量结构的动态响应，并利用结构的模态参数和物理参数的关系来构建相应的损伤识别指标。然而，测试技术方法和测试仪器的测量精度等因素会直接影响到损伤识别结果的准确性，因此提高测量精度对于提高损伤识别结果的准确性至关重要。换句话说，数据的测量精度直接关系到损伤识别结果的准确性，因此需要采用高精度的测试技术和仪器来提高数据的质量。

3 射线检测法

射线检测法是一种非破坏性检测技术，它使用高能量射线（如X射线或伽马射线）对被测物体进行扫描，通过检测射线在物体内部的吸收和散射情况来确定物体的内部结构和材料特性。射线检测法被广泛应用于工业、医疗、科研等领域。在国内，郝景宏等[11]运用了X射线技术获取了混凝土的断面图像，并采用了多种算法进行了图像处理，最终成功地提取了混凝土内部破坏裂纹的信息。射线检测法具有高灵敏度、高分辨率、非破坏性等优点，但也存在辐射危险、成本高、图像解释难度大等缺点。因此，在使用射线检测法时需要注意安全措施，并结合其他方法进行分析和解释。

4 结语

本文的主要描述结构损伤识别方法，从三个方面展开探讨，并详细总结和解释每种方法的优点和缺点。希望这篇文章能够为研究工程结构损伤识别领域的人们提供一些参考，三种方法都有其优点和局限性，需要根据具体的应用场景和需求进行选择。

文献引用

[1]雷鹰,刘丽君,郑翥鹏.结构健康监测若干方法与技术研究进展综述[J].厦门大学学报：自然科学版,2021,60(3):630-640.

[2]Compressive strength evaluation of structural lightweight concrete by non-destructive ultrasonic pulse velocity method[J]. J. Alexandre Bogas,M. Glória Gomes,Augusto Gomes. Ultrasonics. 2012.

[3]刘镇清,陈广

.超声无损检测中的谱分析技术 [J].无损检测, 2001, 23(2): 85–88.

[4]周凯.超声波混凝土构件检测系统的研究及试验分析 [D].长沙:中南大学, 2007.

[5]王怀亮,宋玉普. 不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究 [J]. 大连理工大学学报, 2007, 47(1): 90–94.

[6]王颖轶.超声波法在检测导堤表面混凝土结构中的应用[J].上海交通大学学报. 2015(07)

[7]Adams, R.D., Cawley, P., Pye, C.J. and Stone, B.J. 1978.‘‘AVibration Technique for Non-destructively Assessing the Integrity of Structures,’’Journal of Mechanical Engineering Science, 20(2):93–100.

[8]Pandey, A.K.,Biswas, M. and Samman, M.M. 1991. ‘‘Damage Detection from Changes in Curvature Mode Shapes,’’Journal of Sound and Vibration, 145(2):321–332.

[9]Lestari, W. and Qiao, P. 2005. ‘‘Damage Detection of Fiber-reinforced Polymer Honeycomb Sandwich Beams,’’J. Composite Structures,67(3):365–373.

[10]谢峻，韩大建．一种改进的基于频率测量的结构损伤识别方法［J］．工程力学，2004，21( 1) : 21-25．

郝景宏,姜袁,梅世强,等.基于X射线CT的混凝土内部裂纹识别研究 [J]. 混凝土, 2010(10): 44–47.

作者简介：鲁俊江（1996.9），男，汉族，籍贯：河南省驻马店市，学历：硕士研究生在读，专业：力学，研究方向：结构损伤检测。

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