基于模态应变能法的钢筋混凝土梁裂缝损伤检测试验

应变能对局部损伤较固有频率更为敏感.把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种新的无损裂缝识别方法.并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证.用钢筋混凝土梁进行模态试验,提取梁损伤前后的模态参数,用该方法进行裂缝位置及深度参数的识别.结果表明,将该方法用于裂缝损伤检测是可行的.     

裂缝梁固有频率分析

结构中裂缝的存在使其局部刚度减小、阻尼增大、固有频率降低，故振动特性随之改变．利用扭曲弹簧模型对裂缝进行模拟，对工程中三种典型裂缝梁(简支梁、自由梁和悬臂梁)的前三阶固有频率的变化率与裂缝位置和深度的关系进行了计算和分析．计算结果表明：裂缝梁的边界条件不同，其振动特性就不同，固有频率的变化规律也不同．因此可以利用振动特性的变化以及固有频率的变化规律来进行损伤识别，为进一步研究无损诊断提供理论依据．     

多梁式桥梁检测的叠加曲率模态差变化率方法

鉴于应用曲率模态的桥梁损伤识别研究大多以一维单梁式结构为研究对象,提出利用G-M法的思想并基于薄板振动理论将多梁式结构转化为正交异性板后,类比梁弯曲理论得到该结构两正交方向曲率表达式,通过分析采用单阶曲率模态差指标进行桥梁损伤识别的不足,考虑利用多阶曲率模态变化率叠加指标进行损伤识别,最后采用有限元软件Ansys建立桥梁模型计算单位置、多位置不同损伤程度的多种工况。Matlab绘图结果表明:沿桥梁纵向叠加指标识别更为精确,对未损伤位置数据扰动更小,指标独立性高,可利用该指标进行多梁式结构的损伤定位。     

一种混凝土简支梁的裂缝识别方法研究

突破以静态为主的传统评估方法，从桥梁的动态特征分析入手，应用模式识别技术对简支梁结构中的裂缝进行识别，以传递函数作为特征函数进行分析，比较有裂缝梁和无裂缝梁传递函数幅模规范化的斜率和曲率，以两者差值的最大值Ｓｄｖｍａｘ和Ｃｄｖｍａｘ及其与频率轴所围成的面积作为特征参数．建立损伤程度与特征参数的关系，诊断出混凝土Ｔ型简支梁的裂缝深度与识别函数的曲线，实验结果表明，特征参数随着裂缝的加深而变大，在桥梁故障诊断中有一定的使用价值．     

考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤识别方法

为了研究阻尼对梁式结构损伤识别结果的影响、提高损伤诊断和安全评估的精度,将梁式结构简化为比例阻尼系统,推导出基于单元模态应变能一阶灵敏度的解析表达式,建立了考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤方程组及其损伤识别方法.采用混凝土简支梁数值算例模拟了6种小损伤工况,损伤识别结果表明:基于单元模态应变能一阶灵敏度的损伤指标能够识别出小损伤位置和损伤程度,最大相对误差不超过10%.分别采用包含不同位置损伤的实验室简支钢梁模型组和一座有实测损伤的梁桥验证所提方法的可行性.研究结果表明:考虑比例阻尼影响时,基于单元模态应变能的损伤识别方法可以识别出梁式结构小损伤和多损伤.     

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中，以数字图像方法所得应变场为基础，采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测（Automated Crack Detection and Measurement，ACDM）方法. 采用三点弯曲试验，以夹式位移计测量裂缝口张开位移（Crack Mouth Opening Displacement，CMOD）作为参考用真实值，对ACDM的精度进行分析. 结果显示，CMOD小于0.05 mm时，ACDM识别的误差小于0.01 mm，ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况. 通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验，采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况. 结果表明，在宏观裂缝出现之前，在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标，对应数值变化均大于10-3，与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数（Cv）相比更为灵敏和准确.     

基于数字图像技术在结构物裂缝密度自动分析的研究

土木结构物由于承载及工作环境等因素的作用，造成损伤．裂缝的出现是损伤的最初先兆．因此，工程安全要求对裂缝进行行之有效监测和分析，也是对结构物耐久性评价的基础．裂缝密度是结构物健康检测和耐久性评价一个十分重要的评价指标．利用数码相机对结构物裂缝进行摄影观测，并开发相应的程序对图像进行处理，自动计算出结构造的裂缝密度．研究结果表明，该方法操作方便，节省人力物力，在工程处理中不失为一经济、易行的方法．     

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

采用转角模态的小波分析方法研究了带刚度下降损伤段的弹性地基梁损伤识别问题.利用有限元分析求解带刚度下降段的模态参数,建立了基于转角模态小波变换识别弹性地基梁损伤的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别给出了地基梁无损伤、梁单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的有限元模型,计算得到了结构的转角模态,并通过转角模态小波分析来识别弹性地基梁内刚度下降段的位置.从识别结果发现,存在随机噪声的情况下,运用了转角模态小波变换方法,仍能识别出地基梁的刚度变化截面.数值算例证实了该方法的有效性和稳健性,研究结果对实际工程中的结构损伤诊断提供参考.     

结构裂缝群的小波方法识别和数值模拟

为采用相对简单的方法对桥梁进行损伤识别,从而实现对结构健康状况的监测,基于桥梁裂缝常以裂缝群方式出现这一现象,通过Lipschitz指数与小波消失矩之间的关系．利用小波变换极大值在多尺度上的变化规律来表征信号突变点的性质,从而判定信号有无奇异点并确定其位置．并通过带裂缝简支梁有限元模型的静力模拟,运用前述理论,确定裂缝群的发生及位置．结果表明,较之传统方法,文中方法不仅更为经济方便,而且检测结果更为精确可靠。     

结合路面深度影像梯度方向直方图和分水岭算法的裂缝检测

裂缝检测对于道路维护和管理具有重要作用.由于深度影像对路面油污、阴影等因素不敏感,近些年来基于深度影像的检测方法已成为路面裂缝检测新的研究方向之一.传统的激光扫描线方法没有顾及裂缝在整个空间分布的变异性、各向异性和全局性特征,无法有效检测横向、块状、网状等裂缝.针对以往算法的不足,提出一种结合梯度方向直方图和分水岭算法的路面裂缝检测方法.首先,通过梯度方向直方图算法提取路面深度影像的裂缝边缘强度和方向;然后,利用裂缝边缘方向改进传统分水岭算法,最终提取裂缝目标.实验结果表明,该方法不仅能够准确检测多种类型的裂缝目标,而且能识别裂缝破损程度.     

局部特征聚类联合区域增长的桥梁裂缝检测

针对传统裂缝检测算法抗干扰能力弱,浅层裂缝易误判等问题,提出一种局部特征聚类联合区域增长的桥梁裂缝检测算法。首先,针对混凝土表皮脱落及渗水等干扰问题,采用Gauss-Frangi双重滤波对图像模糊化处理,退化噪声的特征信息,并增强图像中的线性结构。其次,针对常规算法无法识别弱特征的浅层裂缝问题,根据局部区域裂缝点间的空间相关性,提出基于网格聚类联合区域增长算法实现局部区域裂缝的动态分割。最后,针对分割图像中伪裂缝等顽固噪声,提出一种基于形状特征及结构相似性原理方法剔除噪声。实验表明,所提算法可检测出更多的裂缝细节信息,且保持较高的精确率,提高了裂缝图像分割质量。     

基于共线异向混频技术的不可见疲劳裂纹定位

对金属构件中不可见疲劳裂纹进行有效的检测是保证其安全服役的关键因素,本研究利用共线异向混频技术对不可见疲劳裂纹进行检测和定位。当两列共线异向超声波在金属构件内相遇时,会与疲劳损伤发生非线性相互作用。研究结果表明,随着试件疲劳裂纹长度的增加,混频非线性系数单调递增,这与材料内部微观结构的变化密切相关。此外,通过控制两激励信号的延迟时间,使两列激励信号的相遇位置沿试件的水平方向由左向右移动,利用和/差频信号幅值最大值所对应的延迟时间对不可见疲劳裂纹进行定位。因此,利用共线异向混频技术可以对金属构件内部的不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位。     

基于方向特征及引力模型的路面裂缝检测

针对全局性路面裂缝检测方法的局限,提出了一种基于方向特征及引力模型的路面裂缝检测方法.算法首先根据裂缝的延伸性及局部过渡性,搜索裂缝端点,并设计了反映裂缝线型特征的方向因子及方向导数区分度判据,使裂缝判别局限在裂缝端点延伸方向的局部邻域内,有效地阻止了非裂缝区域冗余信息的引入.进一步根据人类判别裂缝的视觉特性,借鉴物理学原理建立了裂缝引力模型,增强了噪斑存在时裂缝连接的鲁棒性.结合颜色距离,设计了裂缝延伸与连接的多判据判别函数,实现对裂缝像素区域的判别检测.实验结果表明所提方法的准确性.     

基于数字图像的混凝土桥梁裂缝检测技术

应用visual C++6.0语言编制程序,研究了基于数字图像的桥梁裂缝检测方法,深入分析评价了图像灰度化、棋盘格角点求解像素率、滤波除噪、边缘检测等图像处理算法,实现了基于视频(或图像)的桥梁裂缝宽度计算和软件系统,并用15幅桥梁裂缝图像验证了其裂缝检测精度.结果表明:本文提出的裂缝识别方法能较好地用于钢筋混凝土桥梁和B类预应力混凝土桥梁的裂缝检测,当裂缝宽度大于0.3 mm时,图像计算出的裂缝宽度值与实测值非常接近,相对误差在6％以内;当裂缝宽度为0.2～0.3mm时,相对误差在10％以内.     

基于分区域多尺度分析的路面裂缝检测算法

为了提高高速公路路面裂缝检测的准确性,提出一种基于分区域多尺度分析的新型路面缺陷检测算法,从图像的不同尺度上提取裂缝及其周围不同区域的灰度、熵和纹理特征分布信息,获得蕴含方向走势和弯曲程度等参数的特征向量,通过支持向量机(supportvectormachine,SVM)的学习并对所得特征向量进行判断,检测出裂缝点所在位置.实验结果表明,算法与其他路面裂缝检测算法相比,有效地提高了检测的抗噪性、通用性以及准确性,达到了理想的裂缝检测效果,满足公路质检的要求.     

铆接结构中缺陷的脉冲远场涡流定量评估技术

针对飞机机身铆接结构检测中难以对缺陷进行定量评估的问题,将脉冲远场涡流检测技术运用于铆接结构缺陷检测之中。利用脉冲激励频谱成分丰富、可提取特征信息较多的优势对铆接结构中缺陷的定量评估技术展开研究。首先,建立铆接结构脉冲远场涡流三维检测模型,对缺陷进行检测,从而确定缺陷位置。在此基础上,分析缺陷类型、尺寸对检测信号的影响发现直接耦合分量幅值与上下表面缺陷深度之间具有不同的变化关系,从而实现对缺陷的分类识别。最终,利用信号的过零时间变化量实现对缺陷深度的定量,在缺陷深度已知的情况下,进一步利用直接耦合分量幅值变化对上表面缺陷长度进行定量;利用间接耦合分量幅值变化对下表面缺陷长度进行定量。     

基于计算机视觉的混凝土裂缝识别

为降低对结构表面进行裂缝识别的经济和时间成本,而采用计算机视觉技术、使用消费级照相机对裂缝图片进行处理,识别裂缝区域和测量裂缝宽度,包括图像模糊、图像增强、形态学运算、图像畸变校准、连通域标记、孤立点消除、裂缝碎片拼接等.对提取出的裂缝区域,统计裂缝发展方向,计算其对应的裂缝长度及宽度.通过钢筋混凝土梁静力加载试验,对梁表面裂缝进行拍摄,在实验室条件下得知裂缝宽度误差在0.1 mm左右.     

运营环境下混凝土简支梁桥裂缝的非线性损伤识别

针对混凝土简支梁桥常见的开裂病害,基于改进的Hilbert-Huang变换(HHT)提出裂缝的非线性损伤识别方法。选取曲率曲线型呼吸裂缝模型并将其融入车桥耦合共振系统,以更真实地模拟运营环境下裂缝的非线性开闭现象。引入镜像延拓法和集合经验模态分解法分别改进传统HHT算法的端点发散和模态混叠问题,提取桥梁加速度响应的能量时程曲线,将能量时程曲线尖峰出现时刻和相对幅值比分别作为损伤定位和定量的特征指标,从而建立简支梁裂缝的非线性损伤识别方法。数值算例表明,采用单一传感器便可通过文中方法识别简支梁开裂的部位和程度,为混凝土简支梁的损伤识别提供技术支撑。     

钢筋混凝土结构裂缝深度无损检测技术的现状及发展

钢筋混凝结构在建设及运营过程中会由于多种原因出现裂缝。裂缝的位置、尺寸,尤其是裂缝的深度是判断裂缝对结构安全性影响程度的重要指标。近年来裂缝深度的无损检测技术有了长足进步,但其测试精度和探测深度仍然不理想。对目前裂缝深度无损测试技术进行了对比,并提出裂缝测试技术的进一步研究方向。