土木工程结构检测评估研究
2015-06-01
引言
随着我国经济的飞速发展，大型建筑设施的出现对土木工程技术提出了更高的要求。在土木工程的施工过程中，对其施工过程中出现的结构性损伤及时进行有效检测，并针对出现的结构性损伤进行及时的维修，不仅可以提高土木工程的质量，延长建筑成果的寿命，同时还可以避免许多重大质量安全事故的发生。
一、土木工程结构的检测内容和特点
1、土木工程结构检测内容
（1）外观检测
对建（构）筑物的外貌、外部尺寸进行检测，检查建筑物的表面的平整性，检测建筑物的倾斜度，以及建筑物的尺寸大小是否符合相关规定。外观检测是保证建筑物质量的最简单的方式。
（2）强度检测
对建（构）筑物的材料、结构进行检测，检测建筑物的材料强度、构件承载力、钢筋配置情况等。通过检测建筑物的原材料，保证建筑材料的品质；通过检测建筑物的构件承载力和钢筋配置，保证建筑物的主体结构符合建筑要求，保证建筑施工安全进行，保证建筑物符合工程质量。
（3）结构内部缺陷的检测
检测混凝土内部可能存在的孔洞、裂缝、钢结构的焊接等问题。通过对建筑物的工程内部缺陷的检测，可以及时发现施工问题，解决施工的缺陷，保证工程质量。
2、土木工程结构检测特点
（1）结构检测工作大多在露天的现场进行，来源于外界环境中的干扰因素多，使得土木工程检测的结果的准确度不高，影响对土木工程质量的评估。
（2）工程结构检测数据需要慎之又慎。当土木工程的结构性问题出现时，往往是在工程完工很久以后，由于时间很长，对结构检测数据档案保护不当，导致技术材料不全，甚至还会出现材料虚假的现象。
（3）结构检测工作需要采取采取非破坏的方式。结构检测往往是在被检测的工程建设完工或主体形式完工后，一般不允许破坏原构件，或者是从原构件上取样时只能允许有微破损，破损后稍经加固后就不会影响建筑物结构强度。这样就保证了工程完整性，保证了工程质量。
二、工程结构检测方法
土木工程结构检测根据检测方式的不同可以分为静态检测方式、动态检测方式两种。土木工程结构的静态检测是通过观察和测量建筑结构的实际大小尺寸、工程材料的弹性模量和强度系数等数据，将这些数据综合到一起，运用物理学中的力学知识去分析评价土木工程结构，评价土木工程结构的稳定性与可靠性。
但是，由于土木工程结构形体巨大，构件繁多且具有一定的隐蔽性，对于某些过大或过于隐蔽的工程构件难以检测，静态检测的方法在实际的应用中受环境等因素的影响较大，工作效率较低。而土木工程结构的动态检测，是通过建立动态的数字化的结构动力检测机制，监督土木工程的结构建设工作。结构动态检测利用结构的模态参数或物理系数，评价土木工程的结构性能。但是，土木工程的动态检测却受到动态监控信号质量和数量的限制，影响动态监控数据的准确性。
三、土木工程中结构检测技术的应用
土木工程建设过程中，仅仅运用传统的结构结构检测技术已经远远不能满足现代化土木工程建设的需求，需要土木工程结构检测技术不断的发展，以推动我国建筑行业的发展。随着科学技术的发展进步，出现了许多检测方式，尤其是物理学知识在土木过程中的发展应用，使我们能够及时发现土木工程建设过程中的许多结构性问题，对我国土木工程的发展产生了重要影响。在现代的检测技术中有以下几种方式：
1、超声波法
超声波是在检测土木工程结构问题时常用的一种检测方式，该技术的产生是根据物理学的基本知识，依据超声波在媒介中传播的规律和超声波本身的特点而产生的一种结构检测技术。超声波在不同的介质中的传播规律不同，通过对检测到超声波的波形进行分析，可以对工程结构内部缺陷的大小以及缺陷所在的方位进行判断。利用超声波检测土木工程的结构问题时，既没有破坏土木工程设施，有检测了土木工程的结构，实现了检测目的。
2、红外线检测法
红外线检测法是根据物理学中的热辐射定律、微分方程，对原子震动产生的红外辐射进行检测的一种结构检测方式。任何物体其温度只要高于绝对零度，就会辐射出来红外线。物体的辐射强度与物体本身的温度有关，当土木工程内部结构发生物质变化时，红外线的辐射强度也随之改变。我们可以基于红外线辐射的变化判断其内部是否损伤。
3、建立动态的工程结构检测机制
动态工程结构检测机制的建立，需要将各种数据和信息整合到一起，形成一个有机的系统。动态结构检测需要将相关的管理信息知识存入到系统信息库内，当系统检测到的数据发生变化时，能够根据数据库内信息来判断土木工程的结构是否出现了问题。动态工程结构检测是根据结构物理特性的变化来判定土木工程结构问题存在的可能性以及结构性问题存在的地方。
3、但是，由于动态工程结构检测机制的成立比较困难，在实践操作中，干扰因素较多，又容易受到土木结构的影响，使得动态监测的数据不精确。工程检测的数据也存在一定的失误或偏差。影响工程的进度。就当前动态工程结构检测在实践中的应用来看，动态检测机制在识别损失方面比较迟钝，往往是在损失发生后才能检测出来，不能起到早期发现和预防的作用。
四、评估方法
现阶段,对土木工程结构进行评估时,主要应用以下评估方法:一、可靠度评估方法,这是一种以概率统计为基础的评估方法;二、模糊数学评估方法,该方法尤为擅长对复杂事件的处理;三、灰色理论评估方法,该方法有效规避了对样本过分依赖的问题,简化了计算过程,而且保证了量化结果、定性结果的一致性;四、神经网络评估方法,该方法在处理多因素事件以及模糊事件方面表现出了极大的优越性,评估结果较为理想。下文将针对这一方法中的概率神经网络(PNN)方法展开重点介绍。
PNN能够实现对损伤位置及类型的准确判断。PNN利用已知数集的概率密度函数以完成贝叶斯决策,将之合理的融入人工神经网络系统中,如此一来,便可完成对未知数据的归类,对于那些多类问题(涉及θ1、θ2⋯θn)而言,基于P维试验向量X的贝叶斯决策d(X)为;
d(X)∈θq(hqlqfq(X)＞hklkfk(X),k≠q)
设fj(X)为概率密度函数,那么多变量高斯分布函数如下:
n=q
fq(X)=1/[nq(2π)P/2σp]Σ[-(X-Xqi)T(X-Xqi)/2σ2]
i=1
对该贝叶斯决策进行相应处理,可得到一个概率神经网络,且包括如下层次:一、输入层;二、模式层;三、求和层;四、决策层。见图1。
该损伤检测方法能够有效克服测量误差导致最终结果不准的问题,所以,具有良好的应用前景。
结束语
随着社会经济的不断发展,我国土木工程数量正在与日俱增,其结构安全与否将会对使用者的生命安全造成直接的影响,所以,展开相应的检测及评估工作便显得尤为重要了,这已经成为业内共识。在检测及评估的过程中,应基于检测内容选择相对合适的检测方法(如无损检测方法等)及评估方法(如神经网络评估方法等),从而保证检测结果及评估结果的客观性、准确性,为接下来的维修、加固工作提供详实的数据资料。
