探求土木工程结构损伤的辨别技术

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一、整体检测技术

获取结构损伤信息的这种方法被笼统地称之为整体检测方法，包括：1）动力特性识别技术；2）神经网络技术；3）遗传算法技术；4）模型修正技术；5）小波分析技术。下文将针对前三种技术展开深入的探讨。

1.动力特性识别法

通过动力测试得到一系列动力响应物理量（动力指纹），并根据这些物理量对结构特性展开分析、判断的方法即所谓的动力特性识别法或者动力指纹法。当工程结构存在损伤问题时，其结构参数将会发生一定的变化，进而造成与之对应的动力指纹发生变化，然后对这些动力指纹展开分析，便可对工程结构损伤展开相应的识别和评估。

应用较为广泛的动力指纹如下：1）频率；2）振型；3）模态曲率；4）应变模态；5）柔度；6）频响函数；7）模态保证准则（MAC）等。以珠江大桥的动力特性测试为例。顺着大桥桥面一共设置了13个测试断面，于各个断面处均设置了竖向（2个）、侧向（1个）加速计，以获取起风条件下或者通船条件下大桥的振动响应。测点布置如图1所示。收集到相应的数据之后，需要借助大型通用有限元结构分析软件ANSYS建立相应的计算模型，并对其振动特性予以有效识别。根据识别信息便可对大桥结构的内部损伤情况进行科学的判断。

2.神经网络技术

人工神经网络技术的出现和应用得益于对人脑系统研究和模拟，其工作原理如下：不同状态下的结构将会表现出不同的反应，对这些反应的基本特征进行有效提取，然后将其中的关键信息作为参数，并将之输入网络，与此同时，将结构损伤信息定义为输出量，从而建立一个损伤分类十分明确的训练样本集，将其送入神经网络展开相应的训练，如此一来，便可在输入参数、损伤信息二者之间建立一个因果的映射关系，不仅如此，经过训练、调整之后的网络还具备了一定的模式分类功能。最后，将相关动力参数传输入人工神经网络，便可获取经过处理之后的结构损伤信息。

以反向传播前馈型多层神经网络模型为例。该模型主要由输入层，还有若干隐含层共同构成，其中，x1，…xn指的是结构损伤识别指标；y1，…yn指的是结构损伤情况；N指的是结构损伤指标以及维数。在应用过程中，需要按照“x*i=xi/max（x1，x2）”这一公式进行归一处理。应用该模型不仅能够实现对结构损伤的识别，而且能够实现对结构损伤的定位，还能够实现对结构损伤程度的标定。

3.遗传算法技术

自然遗传及自然选择机理是这一技术的基础所在。该技术能根据有限的测试信息，快速找到损伤位置，并准确评估其受损程度，即便碰到模态信息不完整的问题，也能够很好地发挥其遗传算法寻优能力。应用遗传算法技术的过程中，仅需对各可行解的目标值展开相应的计算即可，至于目标函数是否具有良好的连续性则不作过多要求，另外，对梯度信息的依赖性也不大。

该技术在搜索处理环节，应用了多线索并行搜索这一先进方式，所以，不会被局部最小问题困扰，不仅如此，还具有使用方便，且鲁棒性强等诸多优点。以应用遗传算法技术对复合材料壳体结构进行损伤识别为例。根据分层损伤变量能够计算出结构存在损伤时的局部弹性模量，，便能够完成对其他形式损伤的有限元模拟。

二、结束语

对于土木工程而言，结构损伤检测识别分析是保证其正常运行、安全运行的一大技术保障，和使用者的生命安全密切相关，因此，受到了社会各界的普遍关注。除了完善现有的结构损伤识别技术之外，致力于新损伤识别技术的研究和应用也是该领域的一大主题。

作者：贾少文单位：江西建设职业技术学院