土木工程試驗檢測技術(shù)論文(2)
土木工程試驗檢測技術(shù)論文
土木工程試驗檢測技術(shù)論文篇二
淺談土木工程損傷檢測技術(shù)
摘要：任何土木結(jié)構(gòu)都會由于材料本身老化、過度使用、環(huán)境侵蝕、缺乏維護等因素的影響而失效，對土木工程結(jié)構(gòu)進行有效損傷檢測能夠地診斷出缺陷(裂紋，銹蝕等)的位置和程度，使結(jié)構(gòu)能得到及時的修復(fù)和加固，以確保結(jié)構(gòu)的可靠性。隨著結(jié)構(gòu)的老化及病害事例的增多，土木工程損傷檢測技術(shù)的重要性己逐漸被人們認識。因此結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。
關(guān)鍵詞：損傷檢測，土木工程，健康監(jiān)測
0 引言
任何土木結(jié)構(gòu)都會由于材料本身老化、過度使用、環(huán)境侵蝕、缺乏維護等因素的影響而失效，對土木工程結(jié)構(gòu)進行有效損傷檢測能夠地診斷出缺陷(裂紋，銹蝕等)的位置和程度，使結(jié)構(gòu)能得到及時的修復(fù)和加固，以確保結(jié)構(gòu)的可靠性。隨著結(jié)構(gòu)的老化及病害事例的增多，土木工程損傷檢測技術(shù)的重要性己逐漸被人們認識。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，土木工程結(jié)構(gòu)的損傷檢測技術(shù)從方法簡單的原始專家經(jīng)驗方法過渡到依靠科學儀器檢測的規(guī)范方法。對既有結(jié)構(gòu)物的可靠性評定，也已越來越依賴儀器進行檢測和實驗了。傳統(tǒng)的損傷檢測方法主要包括外觀檢查、微破損檢測、現(xiàn)場荷載試驗，以及在特殊情況下進行抽樣破壞性試驗等。一般來說，傳統(tǒng)檢查的方法對結(jié)構(gòu)具有一定的破壞性，且難以得到結(jié)構(gòu)的全面信息，尤其是結(jié)構(gòu)中的隱蔽部位。而且檢查結(jié)果的準確程度往往依賴于檢查者的工程經(jīng)驗和主觀判斷，難以對結(jié)構(gòu)的安全儲備及退化的途徑做出系統(tǒng)的評估。于是近十幾年來，國內(nèi)外學者一直在尋找能更為方便快捷的檢測方法。目前普遍認可的一種最有前途的方法就是結(jié)合系統(tǒng)識別、振動理論、動測試技術(shù)、信號采集與分析、智能型傳感器等跨學科技術(shù)的試驗?zāi)B(tài)分析法，這種方法在發(fā)達國家己被廣泛應(yīng)用于航空、航天、精密機床等領(lǐng)域的故障診斷、載識別和動力修改等問題之中。
目前，這種基于現(xiàn)代檢測技術(shù)的損傷檢測方法也應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域中。這種方法總體上可以分為兩類：即靜態(tài)檢測方法和動態(tài)檢測方法。其中靜態(tài)檢測方法有射線檢測法、超聲波檢測法、聲發(fā)射檢測法、雷達波檢測法、紅外檢測法等。而動態(tài)檢測方法主要是基于結(jié)構(gòu)振動的損傷識別方法。
1 靜態(tài)檢測方法
(1)射線法：是利用 x 射線或 γ 射線以及中子射線易于穿透物體，且在穿透過程中
受到吸收和散射而衰減的性質(zhì)，在感光材料中獲取與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對應(yīng)的透射相片，從而檢測出物體內(nèi)部的缺陷情況。這種方法的缺點是所需的設(shè)備笨重，且對建筑物有一定程度的破壞(如需要鉆孔放置底片等)。而且，由于建筑物對 x 射線或 γ射線的吸收問題，使得穿透深度很小而得不到廣泛應(yīng)用。因此，這種方法對于大型建筑物或大型橫梁、橋墩、水庫堤壩的非破損檢測效果不理想。
(2)聲發(fā)射檢測法：是利用物體受到外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，造成應(yīng)力松弛，儲存的部分能量以應(yīng)力波形式釋放出來的現(xiàn)象。聲發(fā)射應(yīng)力波的聲源是物體內(nèi)部的微裂紋、位錯或內(nèi)部有微觀、宏觀變化的部位。因此，聲發(fā)射是從獲得的信號中探求聲源性質(zhì)的方法。該方法自1964年聲發(fā)射被首次證明可用于工程結(jié)構(gòu)以來，有關(guān)聲發(fā)射的研究比較緩慢，主要原因是聲發(fā)射信號的復(fù)雜多變難以提取和易受外界干擾造成信息的失真。
(3)超聲波法：是一種應(yīng)用十分廣泛的無損檢測方法，其基本原理是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，依據(jù)聲學規(guī)律，超聲波的聲學量，如超聲聲速、傳播時間、超聲衰減和頻譜等與物體的幾何、力學量相聯(lián)系，因此，通過分析超聲波波形特點和測量這些聲學量來確定物體或材料得幾何、力學特性及內(nèi)部缺陷的大小和方位。一般來說，它只適用于檢查幾何形狀比較簡單的小型構(gòu)件。
(4)雷達波法：是利用發(fā)射天線將高頻電磁波(10-2000MHz)以寬頻帶短脈沖形式送入介質(zhì)內(nèi)部，經(jīng)目標體反射后回到表面，回波信號由接收天線接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度及波形通過介質(zhì)的電性性質(zhì)及幾何形態(tài)變化，根據(jù)接收反射回波的雙程走時，幅度和相位等信息，對介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷等進行準確定位。目前該方法主要用于檢測一些地下隱蔽設(shè)施和道路工程。
(5)紅外檢測理論基礎(chǔ)：熱輻射定律和熱傳導(dǎo)微分方程。紅外輻射是由原子或分子的振動引起的。自然界中的任何溫度高于絕對零度的物體都能輻射紅外線，紅外輻射功率與物體表面溫度密切相關(guān)，而其表面溫度場的分布直接反映了傳熱時材料的熱工性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面狀況對熱分布的影響。因此，紅外檢測法是把來自目標的紅外輻射轉(zhuǎn)變成可見的熱圖像，通過直觀地分析物體表面的溫度分布，推定物體表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和缺陷，并以此判斷材料的性質(zhì)和受損情況的一種無損檢測方法。紅外法可定性定量地分析和診斷火災(zāi)混凝土的損傷情況，對火災(zāi)檢測是一大進步。
上述局部無損檢測方法在應(yīng)用上有很多共同的局限：(1)是要求事先知道損傷的近似位置及損傷的結(jié)構(gòu)可以接近;(2)是結(jié)構(gòu)的一些部位難以到達，對于一些大型結(jié)構(gòu)特別是比較復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)檢測其損傷是不可能的;(3)是這類方法是定期的人工檢測方法，要求結(jié)構(gòu)的一些功能在檢測期停止使用或工作，造成一定的經(jīng)濟損失;(4)是不能及時發(fā)現(xiàn)間隔期內(nèi)的損傷;(5)是不能對結(jié)構(gòu)實施實時、在線、連續(xù)的監(jiān)測。
2 動態(tài)檢測方法
動態(tài)檢測方法即基于結(jié)構(gòu)振動的損傷識別方法。它是利用結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)和系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)來進行結(jié)構(gòu)損傷檢測。其基本原理是：結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)(如固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼等)是結(jié)構(gòu)物理特性(如質(zhì)量、剛度和阻尼)的函數(shù)，因而結(jié)構(gòu)物理特性的改變會引起結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的改變。這種損傷探測方法屬于整體檢測方法，相對于前述的局部無損檢測方法而言，它能夠檢測一些較大形體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件。目前該方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空、航天以及精密機械結(jié)構(gòu)等方面。除了整體檢測的優(yōu)點外，對于石油平臺、大型橋梁等大型土木工程結(jié)構(gòu)，可以利用環(huán)境激勵引起的結(jié)構(gòu)振動來對結(jié)構(gòu)進行檢測，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測，這是很吸引人的。
但是對于大型土木結(jié)構(gòu)，該方法目前還存在一定的困難。進入實際應(yīng)用還有很多研究工作要做，主要體現(xiàn)在：
(1)土木結(jié)構(gòu)較多的不確定因素、復(fù)雜的工作環(huán)境以及大型性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動力特性測量精度低，損傷識別困難;
(2)目前該方法對結(jié)構(gòu)損傷的識別靈敏度過低，與早期發(fā)現(xiàn)損傷這一目標差距較大;
(3) 有關(guān)方法往往要求提供結(jié)構(gòu)早期信息?；谡駝拥膿p傷識別方法是一種有著良好前景而又遠未成熟的方法，必須進行更深入的研究。
3 結(jié)語
從上述列舉的土木工程無損檢測技術(shù)可以看出，這些技術(shù)只是在某時刻對結(jié)構(gòu)性能進行的檢測與評估。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，僅僅依靠偶爾地檢測是不能夠獲得結(jié)構(gòu)實時信息的。實時了解結(jié)構(gòu)工作性能，對結(jié)構(gòu)安全性做出及時地評估才是該項技術(shù)的長遠發(fā)展趨勢。因此結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的思想是在結(jié)構(gòu)上永久性安裝傳感器，對結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境下運營的物理與力學狀態(tài)以及附屬設(shè)施的工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性和工程結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件等進行實時監(jiān)測，通過現(xiàn)場安裝的監(jiān)測儀器和計算機輔助完成結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測和損傷識別，為結(jié)構(gòu)的維護、維修和管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測具有眾多的優(yōu)勢能夠彌補傳統(tǒng)檢測技術(shù)的缺陷：(1)能夠?qū)崟r監(jiān)測和預(yù)報，節(jié)約損傷探測與維護費用;(2)客觀的歷史記錄數(shù)據(jù)減少了人為因素，從而減少了主觀誤差和停工時間;(3)自動化測量，保障了測量的可靠性;(4)停工減少與可靠性增加，保障了工程結(jié)構(gòu)高的運營效率，大大降低了運營費用。因此可以預(yù)見，結(jié)構(gòu)損傷檢測的發(fā)展趨勢就是實現(xiàn)真正意義上的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)。
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2.土木工程論文范本