論文導讀：動態檢測方法即基于結構振動的損傷識別方法。它是利用結構的振動響應和系統動態特性參數來進行結構損傷檢測。其基本原理是：結構模態參數(如固有頻率、模態振型、模態阻尼等)是結構物理特性(如質量、剛度和阻尼)的函數，因而結構物理特性的改變會引起結構振動響應的改變。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雜結構及其構件。目前該方法已經被廣泛應用在航空、航天以及精密機械結構等方面。除了整體檢測的優點外，對于石油平臺、大型橋梁等大型土木工程結構，可以利用環境激勵引起的結構振動來對結構進行檢測，從而實現實時監測，這是很吸引人的。

　　關鍵詞：損傷檢測，土木工程，健康監測

　　0 引言

　　任何土木結構都會由于材料本身老化、過度使用、環境侵蝕、缺乏維護等因素的影響而失效，對土木工程結構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，使結構能得到及時的修復和加固，以確保結構的可靠性。隨著結構的老化及病害事例的增多，土木工程損傷檢測技術的重要性己逐漸被人們認識。隨著科學技術的不斷發展，土木工程結構的損傷檢測技術從方法簡單的原始專家經驗方法過渡到依靠科學儀器檢測的規范方法。對既有結構物的可靠性評定，也已越來越依賴儀器進行檢測和實驗了。

　　傳統的損傷檢測方法主要包括外觀檢查、微破損檢測、現場荷載試驗，以及在特殊情況下進行抽樣破壞性試驗等。一般來說，傳統檢查的方法對結構具有一定的破壞性，且難以得到結構的全面信息，尤其是結構中的隱蔽部位。而且檢查結果的準確程度往往依賴于檢查者的工程經驗和主觀判斷，難以對結構的安全儲備及退化的途徑做出系統的評估。于是近十幾年來，國內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合系統識別、振動理論、動測試技術、信號采集與分析、智能型傳感器等跨學科技術的試驗模態分析法，這種方法在發達國家己被廣泛應用于航空、航天、精密機床等領域的故障診斷、載識別和動力修改等問題之中。

　　目前，這種基于現代檢測技術的損傷檢測方法也應用到土木工程領域中。這種方法總體上可以分為兩類：即靜態檢測方法和動態檢測方法。其中靜態檢測方法有射線檢測法、超聲波檢測法、聲發射檢測法、雷達波檢測法、紅外檢測法等。而動態檢測方法主要是基于結構振動的損傷識別方法。

　　1 靜態檢測方法

　　(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，在感光材料中獲取與材料內部結構和缺陷相對應的透射相片，從而檢測出物體內部的缺陷情況。這種方法的缺點是所需的設備笨重，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)聲發射檢測法：是利用物體受到外力或內力作用產生變形或斷裂，造成應力松弛，儲存的部分能量以應力波形式釋放出來的現象。聲發射應力波的聲源是物體內部的微裂紋、位錯或內部有微觀、宏觀變化的部位。因此，聲發射是從獲得的信號中探求聲源性質的方法。該方法自1964年聲發射被首次證明可用于工程結構以來，有關聲發射的研究比較緩慢，主要原因是聲發射信號的復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中的傳播特性，依據聲學規律，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件。

　　(4)雷達波法：是利用發射天線將高頻電磁波(10-2000MHz)以寬頻帶短脈沖形式送入介質內部，經目標體反射后回到表面，回波信號由接收天線接收。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度及波形通過介質的電性性質及幾何形態變化，根據接收反射回波的雙程走時，幅度和相位等信息，對介質的內部結構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施和道路工程。

　　(5)紅外檢測理論基礎：熱輻射定律和熱傳導微分方程。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，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、內部結構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，推定物體表面的結構狀態和缺陷，并以此判斷材料的性質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混凝土的損傷情況，對火災檢測是一大進步。

　　上述局部無損檢測方法在應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構可以接近;(2)是結構的一些部位難以到達，對于一些大型結構特別是比較復雜的大型結構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，要求結構的一些功能在檢測期停止使用或工作，造成一定的經濟損失;(4)是不能及時發現間隔期內的損傷;(5)是不能對結構實施實時、在線、連續的監測。

　　2 動態檢測方法

　　但是對于大型土木結構，該方法目前還存在一定的困難。進入實際應用還有很多研究工作要做，主要體現在：

　　(1)土木結構較多的不確定因素、復雜的工作環境以及大型性導致結構的動力特性測量精度低，損傷識別困難;

　　(2)目前該方法對結構損傷的識別靈敏度過低，與早期發現損傷這一目標差距較大;

　　(3) 有關方法往往要求提供結構早期信息。基于振動的損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 結語

　　結構健康監測具有眾多的優勢能夠彌補傳統檢測技術的缺陷：(1)能夠實時監測和預報，節約損傷探測與維護費用;(2)客觀的歷史記錄數據減少了人為因素，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，保障了工程結構高的運營效率，大大降低了運營費用。因此可以預見，結構損傷檢測的發展趨勢就是實現真正意義上的結構健康監測技術。