土木工程結(jié)構(gòu)檢測評估研究
2015-06-01
引言
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大型建筑設(shè)施的出現(xiàn)對土木工程技術(shù)提出了更高的要求。在土木工程的施工過程中，對其施工過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性損傷及時進行有效檢測，并針對出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性損傷進行及時的維修，不僅可以提高土木工程的質(zhì)量，延長建筑成果的壽命，同時還可以避免許多重大質(zhì)量安全事故的發(fā)生。
一、土木工程結(jié)構(gòu)的檢測內(nèi)容和特點
1、土木工程結(jié)構(gòu)檢測內(nèi)容
?。?）外觀檢測
對建（構(gòu)）筑物的外貌、外部尺寸進行檢測，檢查建筑物的表面的平整性，檢測建筑物的傾斜度，以及建筑物的尺寸大小是否符合相關(guān)規(guī)定。外觀檢測是保證建筑物質(zhì)量的最簡單的方式。
?。?）強度檢測
對建（構(gòu)）筑物的材料、結(jié)構(gòu)進行檢測，檢測建筑物的材料強度、構(gòu)件承載力、鋼筋配置情況等。通過檢測建筑物的原材料，保證建筑材料的品質(zhì)；通過檢測建筑物的構(gòu)件承載力和鋼筋配置，保證建筑物的主體結(jié)構(gòu)符合建筑要求，保證建筑施工安全進行，保證建筑物符合工程質(zhì)量。
?。?）結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢測
檢測混凝土內(nèi)部可能存在的孔洞、裂縫、鋼結(jié)構(gòu)的焊接等問題。通過對建筑物的工程內(nèi)部缺陷的檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)施工問題，解決施工的缺陷，保證工程質(zhì)量。
2、土木工程結(jié)構(gòu)檢測特點
（1）結(jié)構(gòu)檢測工作大多在露天的現(xiàn)場進行，來源于外界環(huán)境中的干擾因素多，使得土木工程檢測的結(jié)果的準確度不高，影響對土木工程質(zhì)量的評估。
?。?）工程結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)需要慎之又慎。當土木工程的結(jié)構(gòu)性問題出現(xiàn)時，往往是在工程完工很久以后，由于時間很長，對結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)檔案保護不當，導(dǎo)致技術(shù)材料不全，甚至還會出現(xiàn)材料虛假的現(xiàn)象。
?。?）結(jié)構(gòu)檢測工作需要采取采取非破壞的方式。結(jié)構(gòu)檢測往往是在被檢測的工程建設(shè)完工或主體形式完工后，一般不允許破壞原構(gòu)件，或者是從原構(gòu)件上取樣時只能允許有微破損，破損后稍經(jīng)加固后就不會影響建筑物結(jié)構(gòu)強度。這樣就保證了工程完整性，保證了工程質(zhì)量。
二、工程結(jié)構(gòu)檢測方法
土木工程結(jié)構(gòu)檢測根據(jù)檢測方式的不同可以分為靜態(tài)檢測方式、動態(tài)檢測方式兩種。土木工程結(jié)構(gòu)的靜態(tài)檢測是通過觀察和測量建筑結(jié)構(gòu)的實際大小尺寸、工程材料的彈性模量和強度系數(shù)等數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)綜合到一起，運用物理學(xué)中的力學(xué)知識去分析評價土木工程結(jié)構(gòu)，評價土木工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。
但是，由于土木工程結(jié)構(gòu)形體巨大，構(gòu)件繁多且具有一定的隱蔽性，對于某些過大或過于隱蔽的工程構(gòu)件難以檢測，靜態(tài)檢測的方法在實際的應(yīng)用中受環(huán)境等因素的影響較大，工作效率較低。而土木工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)檢測，是通過建立動態(tài)的數(shù)字化的結(jié)構(gòu)動力檢測機制，監(jiān)督土木工程的結(jié)構(gòu)建設(shè)工作。結(jié)構(gòu)動態(tài)檢測利用結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)或物理系數(shù)，評價土木工程的結(jié)構(gòu)性能。但是，土木工程的動態(tài)檢測卻受到動態(tài)監(jiān)控信號質(zhì)量和數(shù)量的限制，影響動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)的準確性。
三、土木工程中結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的應(yīng)用
土木工程建設(shè)過程中，僅僅運用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代化土木工程建設(shè)的需求，需要土木工程結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)不斷的發(fā)展，以推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，出現(xiàn)了許多檢測方式，尤其是物理學(xué)知識在土木過程中的發(fā)展應(yīng)用，使我們能夠及時發(fā)現(xiàn)土木工程建設(shè)過程中的許多結(jié)構(gòu)性問題，對我國土木工程的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。在現(xiàn)代的檢測技術(shù)中有以下幾種方式：
1、超聲波法
超聲波是在檢測土木工程結(jié)構(gòu)問題時常用的一種檢測方式，該技術(shù)的產(chǎn)生是根據(jù)物理學(xué)的基本知識，依據(jù)超聲波在媒介中傳播的規(guī)律和超聲波本身的特點而產(chǎn)生的一種結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)。超聲波在不同的介質(zhì)中的傳播規(guī)律不同，通過對檢測到超聲波的波形進行分析，可以對工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的大小以及缺陷所在的方位進行判斷。利用超聲波檢測土木工程的結(jié)構(gòu)問題時，既沒有破壞土木工程設(shè)施，有檢測了土木工程的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了檢測目的。
2、紅外線檢測法
紅外線檢測法是根據(jù)物理學(xué)中的熱輻射定律、微分方程，對原子震動產(chǎn)生的紅外輻射進行檢測的一種結(jié)構(gòu)檢測方式。任何物體其溫度只要高于絕對零度，就會輻射出來紅外線。物體的輻射強度與物體本身的溫度有關(guān)，當土木工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生物質(zhì)變化時，紅外線的輻射強度也隨之改變。我們可以基于紅外線輻射的變化判斷其內(nèi)部是否損傷。
3、建立動態(tài)的工程結(jié)構(gòu)檢測機制
動態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測機制的建立，需要將各種數(shù)據(jù)和信息整合到一起，形成一個有機的系統(tǒng)。動態(tài)結(jié)構(gòu)檢測需要將相關(guān)的管理信息知識存入到系統(tǒng)信息庫內(nèi)，當系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息來判斷土木工程的結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)了問題。動態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測是根據(jù)結(jié)構(gòu)物理特性的變化來判定土木工程結(jié)構(gòu)問題存在的可能性以及結(jié)構(gòu)性問題存在的地方。
3、但是，由于動態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測機制的成立比較困難，在實踐操作中，干擾因素較多，又容易受到土木結(jié)構(gòu)的影響，使得動態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)不精確。工程檢測的數(shù)據(jù)也存在一定的失誤或偏差。影響工程的進度。就當前動態(tài)工程結(jié)構(gòu)檢測在實踐中的應(yīng)用來看，動態(tài)檢測機制在識別損失方面比較遲鈍，往往是在損失發(fā)生后才能檢測出來，不能起到早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防的作用。
四、評估方法
現(xiàn)階段,對土木工程結(jié)構(gòu)進行評估時,主要應(yīng)用以下評估方法:一、可靠度評估方法,這是一種以概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)的評估方法;二、模糊數(shù)學(xué)評估方法,該方法尤為擅長對復(fù)雜事件的處理;三、灰色理論評估方法,該方法有效規(guī)避了對樣本過分依賴的問題,簡化了計算過程,而且保證了量化結(jié)果、定性結(jié)果的一致性;四、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估方法,該方法在處理多因素事件以及模糊事件方面表現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性,評估結(jié)果較為理想。下文將針對這一方法中的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)方法展開重點介紹。
PNN能夠?qū)崿F(xiàn)對損傷位置及類型的準確判斷。PNN利用已知數(shù)集的概率密度函數(shù)以完成貝葉斯決策,將之合理的融入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,如此一來,便可完成對未知數(shù)據(jù)的歸類,對于那些多類問題(涉及θ1、θ2⋯θn)而言,基于P維試驗向量X的貝葉斯決策d(X)為;
d(X)∈θq(hqlqfq(X)＞hklkfk(X),k≠q)
設(shè)fj(X)為概率密度函數(shù),那么多變量高斯分布函數(shù)如下:
n=q
fq(X)=1/[nq(2π)P/2σp]Σ[-(X-Xqi)T(X-Xqi)/2σ2]
i=1
對該貝葉斯決策進行相應(yīng)處理,可得到一個概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),且包括如下層次:一、輸入層;二、模式層;三、求和層;四、決策層。見圖1。
該損傷檢測方法能夠有效克服測量誤差導(dǎo)致最終結(jié)果不準的問題,所以,具有良好的應(yīng)用前景。
結(jié)束語
隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,我國土木工程數(shù)量正在與日俱增,其結(jié)構(gòu)安全與否將會對使用者的生命安全造成直接的影響,所以,展開相應(yīng)的檢測及評估工作便顯得尤為重要了,這已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識。在檢測及評估的過程中,應(yīng)基于檢測內(nèi)容選擇相對合適的檢測方法(如無損檢測方法等)及評估方法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估方法等),從而保證檢測結(jié)果及評估結(jié)果的客觀性、準確性,為接下來的維修、加固工作提供詳實的數(shù)據(jù)資料。
