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今天给大家讲解一下很微妙的科技问题，坚硬的钢结构通过什么方法可以看透它的微笑损伤。针对重大桥梁工程结构和关键复杂构件的结构健康监测研究逐渐从理论走向实践，并取得了巨大的成功。可以预见，在未来相当长一段时间内结构健康监测仍是世界范围内学术研究的热点方向，也会在桥梁工程领域得到更广泛的普及。

方法一：超声波

日前，在青岛举办的第七届结构控制与监测世界大会专门设立了“Recent Advances in Sensing Technology for Structural Health Monitoring”分会场，为与会者提供了先进传感技术交流的平台。前者只通过检测损伤萌生和扩展过程中产生的应力波来监测损伤；后者通过主动激励产生超声波在结构一定范围内传播后携带损伤信息被传感器接收，该方法可监测已存在和正在发展的损伤。从参会论文来看，目前基于波动理论的损伤识别方法仍是国内外学者所关注的热点之一。在桥梁结构和构件中的应力波通常以超声波的形式传播。传统上，基于超声波的损伤识别方法归于无损检测的范畴，但由于近年来在超声换能器小型化、嵌入式换能器、可永久固定的压电换能器等方面的研究进展，使得上述方法用于桥梁结构/构件长期监测亦成为可能。基于波动损伤识别方法可分为被动法（声发射法）和主动法。近年来，各国学者们在超声换能器以及损伤识别理论与方法等方面的研究均有长足进步，目前已经逐步应用于实际桥梁结构的监测和检测，取得了很好的效果。钢结构工程




方法二、超声导波


在超声导波的各种模态中，SH波和T(0,1)波无频散效应，在长距离传输中波形几乎不发生任何改变，在边界处几乎没有模态转换，该特征可以简化反射和散射信号的处理和解释。目前只有两种换能器可以产生上述模态的导波，即磁致伸缩换能器和厚度剪切模式压电换能器。但这两种换能器都需要额外的工作组件，导致其体积较大、安装复杂以及由此引起的使用中的不可靠性。由此，我们提出了一种新型的d36型压电晶片，用于激发和感知水平剪切波并用于损伤识别，与常规的d31/d32型的压电陶瓷相比较，d36型压电晶片可以引起垂直于极化方向的面内剪切变形，如下图。在板结构中可以激发非频散的水平剪切波，在金属管结构中，可以激发轴向和环向的非频散扭转波。在超声换能器方面的基础研究可为各种基于波动理论的损伤识别方法提供更好性能的驱动器和传感器，从而大大拓展相关识别方法的精度、准确性和适用范围。


桥梁结构中存在着大量可以考虑为波导的构件，如正交异性钢桥面板、悬索桥主缆、斜拉索、各种吊杆、体外预应力筋、螺杆及其他有限几何尺寸构件等，均可采用基于超声导波的方法对其进行损伤识别和结构监测。超声波在有限几何边界结构中传播时，经过边界的反射、折射、模态转换和耦合之后，形成稳态传播的导波。超声导波是超声波在有限几何边界结构中传播的具体形式，相应的结构称之为波导。相比超声波，超声导波可沿结构长距离传播，因此检测区域非常广，而且在传感器端接收到的超声导波信号会携带整个被检测区域的损伤信息，通过进一步分析可以很容易确定损伤情况与位置。




方法三，局部损伤识别方法

研究局部损伤监测、识别和诊断方法，揭示损伤演化和发展全过程的规律，建立损伤与桥梁状态之间的关系，发展相应的桥梁安全评定理论，对保障桥梁服役安全具有重要的科学意义和实用价值。与基于结构整体信息的损伤识别方法相比，依赖于先进智能材料与传感元件、装置以及结构局部力学行为理论的局部损伤识别方法可以更有效地收集局部监测变量，识别损伤类型与状态，如钢构件疲劳裂纹、混凝土裂缝萌生与扩展、钢筋/钢板/钢管与混凝土间粘结滑移、钢构件与钢筋锈蚀、主缆与拉索断丝、螺杆松动等。上述损伤大多具有隐蔽性和分散性的特点，但其一旦出现则发展很快，对桥梁服役安全造成严重威胁，并大大降低桥梁的服役寿命。


结构损伤识别可以分为基于全局参数的整体损伤识别方法和基于局部参数的局部损伤识别方法。由于结构振动信号易于测量，因此基于振动的整体结构损伤识别方法是最早、最成熟且最广泛研究应用的方法。但由于大型桥梁结构的复杂性，结构不同部位的损伤可能对应相同的动力特性变化，这意味着基于振动的结构损伤识别与定位可能存在不唯一性。另外，研究表明，结构低阶振型和频率对结构早期损伤并不敏感；结构力学特性与描述其力学特性的模型之间存在着不确定性，测量信号中包含着环境及测量噪声。上述因素给准确识别结构损伤部位和程度都带来了困难。研究指出，至今还不能只通过结构整体反应信息来准确、有效地识别和精确定位大型桥梁结构的早期损伤，需要与其他基于局部损伤识别的理论与方法相结合，为结构损伤提供更可靠的信息。钢结构设计





方法四，声发射技术可应用于大跨桥梁长期监测

桥梁结构健康监测在我国经过多年的研究与应用，以2016年交通部颁布的由中交公路规划设计院有限公司和哈尔滨工业大学负责起草的《公路桥梁结构安全监测系统技术规程（JT/T 1037-2016）》为标志，进入了全新的时期。近年来，将模式识别与机器学习与声发射技术相结合，在损伤识别与分类方面也取得了很好的效果。同时我们也应深刻意识到，目前结构健康监测技术水平距离对桥梁结构性能透彻感知、对其安全状态进行全面评定及对其剩余寿命进行精确预测尚有很大差距。基于波动理论的结构健康监测方法可为结构局部微小损伤识别提供了有效的手段。该研究有助于将声发射技术应用于大跨度桥梁结构的长期监测中。声发射技术被动接受结构内部活动缺陷所产生的超声波，声发射信号所蕴含的内在特征均可以采用体波、表面波或导波理论解释，因此也是一种基于波动理论的检测技术。利用相位解调方法，光纤传感器能够感知高频超声信号，也可以用于接收声发射信号。1977年美国海军实验室的Bucaro等测试了使用光纤感知声场的可行性。Gachagan等将两组光纤传感器嵌入复合材料板中，采用M-Z干涉仪解调声信号。与此同时，国内外学者在结构健康监测其他领域的研究也方兴未艾，随着基础性理论研究持续深入，新方法和技术不断涌现，结构健康监测必将成为保障重大桥梁工程结构服役安全的最有效手段之一。钢结构施工