建筑结构可靠度及损伤诊断

建筑结构可靠度及损伤诊断摘要：通过对实际工程中结构可靠度问题的研究，分析了引起建筑结构可靠度降低及损伤的原因，指出了建筑结构可靠度诊断检测过程中应注意的问题；提出了建筑结构损伤诊断方法的任务，讨论了结构与环境的信息采集和处理，区分了诊断知识的种类，并归纳了常用的损伤诊断方法。关键词：可靠度；损伤；诊断建筑结构施工中，由于人员素质和管理体制的不同、施工设备技术条件的限制以及材料离散性和环境条件的影响，工程中可能出现质量偏差。建筑结构投入使用后，在环境的作用下，其材料的微观成分就会随时间的推移而发生演变，其结果导致材料、强度、刚度等力学参数的降低，从而在结构上积累起裂缝、腐蚀、变形等损伤(症状)，会使得结构的可靠度下降。结构的质量、可靠度是否仍能满足功能要求，需要对其进行诊断和评估。另外，结构上一旦出现了损伤，一般就需要对结构的状态进行判断，以便对结构的损伤成因和程度有一个全面的认识，这一过程就是结构损伤诊断。1建筑结构的质量和可靠度检测与诊断建筑结构的质量和可靠度检测诊断，是对已有结构进行的一种鉴定性试验。无论是采用新理论、新材料和新施工技术的建筑物，还是改变使用功能和超过设计基准期的一些旧建筑物，或者施工、使用过程中发现存在质量问题(如：施工质量事故、混凝土强度等级不够等)，以及遭受地震、水灾或其他意外灾害后的建筑物，都需要进行结构可靠度的安全检测。1．1试验方案的确定及试验准备试验方案是结构可靠度诊断的基础，是结构检验的规划和指导。试验方案的不完善，很可能导致检测结果的可信度降低。如：现在一些建筑物桩基检测时，只检查桩基的完整性，而不检验桩基的单桩承载力。以此来推断桩基的质量是否满足结构受力要求，很显然会产生较大的偏差。因此，试验检测前，应注意搜集有关资料，明确需要检测的项目和预期的目标，提出需要获得的数据，同时对测点的数量、位置，加载设备的性能，加载过程的安全，以及测量仪器的量程、应变片的标距等问题，加以认真考虑。1．2材料试验结构的可靠度与材料的物理力学性能密切相关[1]。材料试验也是建筑物可靠度检测最主要的任务之一。通常它包括材料取样、加载测量、报告结论等。在材料试验中，取样位置的确定尤为重要。取样位置不合理，不但会影响鉴定结论的准确性，还可能造成结构物承载力的降低。如：在钢筋混凝土框架柱中，若试件取样在同一水平截面或同一竖向截面，则试验结果不但不能较全面反映混凝土柱在全部高度范围内的混凝土的强度情况，还可能造成框架柱在取样截面严重削弱，引起柱的承载力降低。为确保在检测数据可靠的同时，又不对原结构造成太大的损害，材料检验宜以无损检测为主要手段[2]，同时结合实际工程取样的试验方法。1．3加载与测量加载试验是试验过程的中心环节。应按试验方案规划好的加载程序和测量程序进行。加载顺序及加载速度，对材料和结构的承载力和变形有很大的影响。另外，一些电子仪器与设备灵敏度和准确度较高，但它们使用时对环境条件如温度、湿度、灰尘、阳光等要求较严。因此，室外检测测量仪器宜选用机械式仪器；若采用电子仪器，则需要做好试验现场的封闭保护工作。2建筑结构的损伤诊断结构损伤诊断方法是以结构损伤诊断知识为基础，以结构与环境的信息采集和处理为依据，研究如何判定结构损伤成因和程度的一门学科。2．1结构损伤诊断过程结构损伤诊断的过程可以概括如图１所示。在结构问题的求解中，一般存在输入参数向量X，结构参数向量S，输出向量Y。对于结构损伤诊断这类反问题，是根据向量X、Y求S。这样，结构损伤诊断可划分为两种方法：第一种方法是把对结构人为施加的作用(目的是为了检测力学、物理化学等结构参数)视为X，而把结构对应的反映视为Y；第二种方法是将环境对结构的作用视为X，而将结构损伤症状视为Y。从理论上讲，第一种方法中，X、Y是已知的，S是基于X、Y求解的；第二种方法中，X、S是未知的，只有Y是已知的，S是基于工程经验求解的，求解的精度低而可操作性强。在实践中，上述两种方法需要综合运用，由此而发展起来的结构损伤诊断专家系统技术将具有广泛的应用前景[3]。2．2结构损伤诊断方法的研究对象结构损伤是以结构为载体，离开了损伤的载体研究损伤是没有意义的，正如在中医诊断学中是将疾病的载体——人体作为一个与环境不可分割的整体，大量的结构损伤实际调查工作表明，结构和环境也是一个不可分割的整体，结构损伤诊断方法也将结构和环境视为一个系统。颈2干．胖3新结构与环境咐的信息采集与小处理倾结构与环境的抵信息采集类似残于中医诊断学熊中若的驻“才望、闻、问、剂切牺”除，给目的是为损伤拔诊断决策提供分科学依据见，驱这些信息的采腿集可以是全面讯的稳，咬也可以是专项延的消，浩视损伤诊断的迎性质和目的。靠一般来说，信笛息采集原则是坏以尽量少的参店数获取更多的累信息，因此，划首先应该采集盏结构傅(挨特别是结构关柱键部位赚)白损伤的形态信医息，其次采集灵结构的材料信榨息，然后再采戴集地基与基础佳、结构历史和队环境的文件资罪料和有关人员概描述等。结构吓与环境的信息鸣处理就是对采援集到的信息进形行分析、变换冈和推理的过程工。贯2营．规4滨结构损伤诊史断知识的构成芹事实性知识：技是指检测到的睛结构与环境的券状态信号，如计损伤症状，它壤是对结构各种凉特征表现为异证常时的一种描候述。身原理性知识：卫是指结构损伤至机理研究、数路学模型、损伤忆试验、结构规膀范中的知识，油这类知识又称锐为深知识，是丑构成结构损伤躲诊断演绎推理滔的基础。醉经验性知识：秋是指结构专家握在长期损伤诊键断实践中积累篇起来的损伤诊啦断的个人经验淹，这类知识又蝴称为浅知识。材控制知识：是舟指用来协调上何述各类知识运振用的知识，又中称为元知识。匀2底．之5狂结构损伤诊娘断方法归纳夺根据相关从业有人员的已有研就究工作和工程得实际调查，结凉构损伤诊断的悦方法在结构与冲环境信息采集磁的阶段主要有静感官检测闲(边视诊、听诊、捧嗅诊、栗摸诊、问诊和跟读诊界)参和仪器检测尿(续验诊麦)统。享而在损伤诊断丑决策阶段的诊页断方法主要有犹辨证求因、模祖糊推理、定性汁判断和伤值判众断放[捷4伐]低。3小结显土建工程投资畜大须，位工程质量和结螺构的安全可靠陆度受各种因素磁的影响絮，挡检测评估费时锤、费力。在工爸程建设和使用福中虽，蜘应尽量减少可亏能导致结构安挤全可靠度降低猾因素的影响。厚结构损伤诊断狱方法的基本内护容绸，吼是通辩过漂“做人降”夜、收“赌机碗”侮、岸“眨境柔”奏的融合来实现效，牺从而开辟了结房构损伤诊断的哭基本理论和经损验综合集成的绒新方法桂，鹊由此而归纳出罩的常用诊断方然法的可行性已悦经得到了实践蔑验证。参考文献：辩[捕1帅]怨病陈肇元伪．逐要大幅度提高划建筑设计的安书全板度循[贿J溪]微翠．缸建筑结构剪，熄1999专(搬1尘)诊：眯3-6岸．隶[燕2拍]走疮罗福午．建筑券结构缺陷事故敬的分析和防柜治织[M]南挎．北京：清华仔大学出版社库，