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浅谈土木工程损伤检测技术

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论文导读：任何土木结构都会由于材料本身老化、过度使用、环境侵蚀、缺乏维护等因素的影响而失效，对土木工程结构进行有效损伤检测能够地诊断出缺陷（裂纹，锈蚀等）的位置和程度，使结构能得到及时的修复和加固，以确保结构的可靠性。随着结构的老化及病害事例的增多，土木工程损伤检测技术的重要性己逐渐被人们认识。因此结构健康监测技术应运而生。

关键词：损伤检测，土木工程，健康监测

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0引言

任何土木结构都会由于材料本身老化、过度使用、环境侵蚀、缺乏维护等因素的影响而失效，对土木工程结构进行有效损伤检测能够地诊断出缺陷（裂纹，锈蚀等）的位置和程度，使结构能得到及时的修复和加固，以确保结构的可靠性。随着结构的老化及病害事例的增多，土木工程损伤检测技术的重要性己逐渐被人们认识。随着科学技术的不断发展，土木工程结构的损伤检测技术从方法简单的原始专家经验方法过渡到依靠科学仪器检测的规范方法。对既有结构物的可靠性评定，也已越来越依赖仪器进行检测和实验了。传统的损伤检测方法主要包括外观检查、微破损检测、现场荷载试验，以及在特殊情况下进行抽样破坏性试验等。一般来说，传统检查的方法对结构具有一定的破坏性，且难以得到结构的全面信息，尤其是结构中的隐蔽部位。而且检查结果的准确程度往往依赖于检查者的工程经验和主观判断，难以对结构的安全储备及退化的途径做出系统的评估。于是近十几年来，国内外学者一直在寻找能更为方便快捷的检测方法。目前普遍认可的一种最有前途的方法就是结合系统识别、振动理论、动测试技术、信号采集与分析、智能型传感器等跨学科技术的试验模态分析法，这种方法在发达国家己被广泛应用于航空、航天、精密机床等领域的故障诊断、载识别和动力修改等问题之中。

目前，这种基于现代检测技术的损伤检测方法也应用到土木工程领域中。这种方法总体上可以分为两类：即静态检测方法和动态检测方法。其中静态检测方法有射线检测法、超声波检测法、声发射检测法、雷达波检测法、红外检测法等。而动态检测方法主要是基于结构振动的损伤识别方法。

1静态检测方法

(1)射线法：是利用x射线或γ射线以及中子射线易于穿透物体，且在穿透过程中

受到吸收和散射而衰减的性质，在感光材料中获取与材料内部结构和缺陷相对应的透射相片，从而检测出物体内部的缺陷情况。这种方法的缺点是所需的设备笨重，且对建筑物有一定程度的破坏（如需要钻孔放置底片等）。而且，由于建筑物对x射线或γ射线的吸收问题，使得穿透深度很小而得不到广泛应用。因此，这种方法对于大型建筑物或大型横梁、桥墩、水库堤坝的非破损检测效果不理想。

(2)声发射检测法：是利用物体受到外力或内力作用产生变形或断裂，造成应力松弛，储存的部分能量以应力波形式释放出来的现象。声发射应力波的声源是物体内部的微裂纹、位错或内部有微观、宏观变化的部位。因此，声发射是从获得的信号中探求声源性质的方法。该方法自1964年声发射被首次证明可用于工程结构以来，有关声发射的研究比较缓慢，主要原因是声发射信号的复杂多变难以提取和易受外界干扰造成信息的失真。

(3)超声波法：是一种应用十分广泛的无损检测方法，其基本原理是利用超声波在介质中的传播特性，依据声学规律，超声波的声学量，如超声声速、传播时间、超声衰减和频谱等与物体的几何、力学量相联系，因此，通过分析超声波波形特点和测量这些声学量来确定物体或材料得几何、力学特性及内部缺陷的大小和方位。一般来说，它只适用于检查几何形状比较简单的小型构件。

(4)雷达波法：是利用发射天线将高频电磁波（10-2000MHz）以宽频带短脉冲形式送入介质内部，经目标体反射后回到表面，回波信号由接收天线接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形通过介质的电性性质及几何形态变化，根据接收反射回波的双程走时，幅度和相位等信息，对介质的内部结构和缺陷等进行准确定位。目前该方法主要用于检测一些地下隐蔽设施和道路工程。

(5)红外检测理论基础：热辐射定律和热传导微分方程。红外辐射是由原子或分子的振动引起的。自然界中的任何温度高于绝对零度的物体都能辐射红外线，红外辐射功率与物体表面温度密切相关，而其表面温度场的分布直接反映了传热时材料的热工性质、内部结构及表面状况对热分布的影响。因此，红外检测法是把来自目标的红外辐射转变成可见的热图像，通过直观地分析物体表面的温度分布，推定物体表面的结构状态和缺陷，并以此判断材料的性质和受损情况的一种无损检测方法。红外法可定性定量地分析和诊断火灾混凝土的损伤情况，对火灾检测是一大进步。

上述局部无损检测方法在应用上有很多共同的局限：(1)是要求事先知道损伤的近似位置及损伤的结构可以接近；(2)是结构的一些部位难以到达，对于一些大型结构特别是比较复杂的大型结构检测其损伤是不可能的