略析結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

李金攏

摘要：土木工程的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是一門新興產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)的研究和發(fā)展還處于起步的階段，在很多的研究方式上還存在問(wèn)題。本文對(duì)該技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù);土木工程;策略;

土木工程對(duì)人類的生存和發(fā)展起著重要作用，保證土木工程的安全，就是保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程上的應(yīng)用就更顯得的無(wú)比重要，保證土木工程的長(zhǎng)期、穩(wěn)定發(fā)展。

1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述

1.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)得到的響聲依據(jù)，并根據(jù)整體的特征綜合分析，去判斷土木工程結(jié)構(gòu)受到損傷的具體位置和損傷程度如何。結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)適用于所有類別結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，尤其可針對(duì)土木工程這一大項(xiàng)，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)可檢測(cè)結(jié)構(gòu)在嚴(yán)重破壞、災(zāi)難下的實(shí)時(shí)損傷，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間認(rèn)為破壞或整個(gè)大環(huán)境變化下的損傷。

1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的構(gòu)成

結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)有4個(gè)子系統(tǒng)，四個(gè)部分通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系：第一，傳感器系統(tǒng)，包括各種感應(yīng)儀器、信號(hào)放大處理器及連接介面等，可將未監(jiān)測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào);第二，信息采集與處理系統(tǒng)，用于采集信息和將數(shù)據(jù)完整存儲(chǔ)設(shè)備，一般在還未監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)中，對(duì)整體的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理;第三，信息通信與傳輸系，是與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接的關(guān)鍵，除了最重要的操作系統(tǒng)平臺(tái)，還有安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。以便將整體采集的信息數(shù)據(jù)整合到一起，傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心;第四，信息分析和監(jiān)控系統(tǒng)，這個(gè)子系統(tǒng)是比較高級(jí)別的，通過(guò)高級(jí)性能的計(jì)算機(jī)安裝分析測(cè)量軟件，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰浖?，科學(xué)系統(tǒng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并完成最終的損傷判斷，基本可定位損傷的程度、類別和具體位置，還能有效監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)，一旦健康出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)預(yù)警。

1.3結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已根據(jù)不同的問(wèn)題，進(jìn)行多次的完善與創(chuàng)新?，F(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)缺乏通用有效的損傷量化指標(biāo)，結(jié)構(gòu)的自振率可準(zhǔn)確測(cè)量，但自振頻率對(duì)局部損傷不敏感;第二，由于大型土木工程結(jié)構(gòu)都是復(fù)雜非線性系統(tǒng)，方法有局限性;第三，成本較大，信號(hào)線老化影響信號(hào)采集;第四，土木工程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)與開發(fā)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1.4結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程開展的必要性

對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，土木工程難度很大，工程技術(shù)發(fā)展的很快，施工難度與施工技術(shù)都極為復(fù)雜，土木工程結(jié)構(gòu)與其他普通的結(jié)構(gòu)相比，不論是起始的勘察階段，還是整個(gè)設(shè)計(jì)和施工階段都充滿了不確定性與復(fù)雜性，這種復(fù)雜性使土木工程結(jié)構(gòu)相對(duì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的問(wèn)題和損傷，長(zhǎng)期可能會(huì)引起災(zāi)難性事故，因此，一個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的開展對(duì)我國(guó)土木工程現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，很有必要。

2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程上的應(yīng)用情況

2.1國(guó)外結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程上的應(yīng)用情況

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用時(shí)間早、范圍廣。除在跨橋梁等方面的應(yīng)用外，還廣泛地應(yīng)用在新時(shí)期的高層建筑等領(lǐng)域。美國(guó)在1994年就研制出監(jiān)測(cè)公路面的儀器，德國(guó)和瑞典都已形成相對(duì)完善的理論，適用于永久檢測(cè)土木工程結(jié)構(gòu)，讓土木工程結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，取得了領(lǐng)先地位。

2.2國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)在土木工程的應(yīng)用情況

我國(guó)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)盡管起步較晚，但進(jìn)步很快，隨著時(shí)代的發(fā)展不斷改進(jìn)方式方法。如虎門大橋，作為重要的交通樞紐口，虎門大橋一直是比較特殊的存在，不但地理位置特殊，所處經(jīng)緯帶也是災(zāi)難多發(fā)區(qū)，要全面系統(tǒng)地考慮橋梁的安全問(wèn)題。相關(guān)部門對(duì)此問(wèn)題也很重視，共同研制出適用于虎門大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的有效實(shí)施，使虎門大橋的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)，保證了最基本的安全，繼續(xù)為交通作出貢獻(xiàn)。

3結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程上的技術(shù)應(yīng)用

3.1紅外熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

紅外熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用是比較系統(tǒng)的，利用了紅外熱像原理，應(yīng)用紅外熱像技術(shù)去檢測(cè)所檢測(cè)的工程結(jié)構(gòu)或物體的整體釋放熱線情況，從而形成一張熱像圖，不但能很直接的反應(yīng)出材料的內(nèi)容，還能根據(jù)結(jié)構(gòu)物和結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)出很多缺陷與問(wèn)題。紅外熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用最大的優(yōu)勢(shì)就是可不用直接與被檢測(cè)物接觸，在整體技術(shù)上具有較隨意性，無(wú)論上下還是左右都能任意應(yīng)用，可對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行隨時(shí)隨地的掃描。紅外熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)適用于非接觸、范圍廣闊的無(wú)損檢測(cè)，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是不挑時(shí)間，白天和晚上都可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)已有無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的功能和效果具有很好的互補(bǔ)性，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用上比較自由廣泛，在國(guó)外已取得了很大的成就。

3.2電阻應(yīng)變片法應(yīng)用

電阻應(yīng)變片法的應(yīng)用也是在近些年興起的一種監(jiān)測(cè)方式，這種方式相對(duì)比紅外熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)還有一定的局限性，但其自身還存在很大的優(yōu)勢(shì)的。如電阻應(yīng)變片法適用于短期監(jiān)測(cè)，價(jià)格也很低廉，能在很大程度上節(jié)省成本，保證財(cái)務(wù)預(yù)算，使用方法也比較簡(jiǎn)單，容易操作。我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，科技也在日益更新，這種電阻應(yīng)變片法不斷的應(yīng)用就更加寬泛，優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處也能得到更好地發(fā)揮。

3.3超聲檢測(cè)法應(yīng)用

超聲檢測(cè)法的應(yīng)用歷時(shí)已久，早在20世紀(jì)60年代，國(guó)外的科學(xué)家就已能在混凝土中應(yīng)用這種超聲檢測(cè)法，也是超聲檢測(cè)法的開創(chuàng)者。其運(yùn)行原理是通過(guò)超聲波監(jiān)測(cè)儀的波形去顯示形狀及頻率為25赫茲的聲波轉(zhuǎn)換器。來(lái)探測(cè)和分析超聲波在結(jié)構(gòu)中的傳播具體形勢(shì)，如傳播速度、頻率、接受信號(hào)程度等，并將探測(cè)到的這些數(shù)據(jù)有機(jī)地整合一起，觀察其規(guī)律和變化，最終形成判斷，即混凝土的具體缺陷。我國(guó)根據(jù)自身特點(diǎn)，對(duì)超聲法進(jìn)行了創(chuàng)新，讓超聲法可以穿透較遠(yuǎn)的距離，且非常安全方便。

3.4云紋法的應(yīng)用

云紋法也是近年來(lái)新興起的一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，整體運(yùn)行的過(guò)程比較復(fù)雜，但卻能得到較為完整的結(jié)論。云紋法和陰影云紋法是可以運(yùn)用在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)上的關(guān)于土木工程的兩種主要方法，不過(guò)應(yīng)用條件較為苛刻，要從技術(shù)的角度加以完善，找到更好的方向與內(nèi)涵，讓云紋法的應(yīng)用條件有所改善，保證日后對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)具有價(jià)值。

3.5振動(dòng)法應(yīng)用

振動(dòng)在力學(xué)中是常見(jiàn)現(xiàn)象，各國(guó)學(xué)者已能形成一套完善的振動(dòng)理論，應(yīng)用于實(shí)際中。同時(shí)，土木工程上的振動(dòng)也是最普遍的現(xiàn)象之一，學(xué)者積極運(yùn)用土木工程振動(dòng)理論，振動(dòng)法作為基本方法的土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)也隨之出現(xiàn)。振動(dòng)法利用了振動(dòng)測(cè)量傳感器陣列獲取信號(hào)后，對(duì)收集到的信息進(jìn)行測(cè)量和分析，以便作比較，對(duì)比損傷參數(shù)和未損傷參數(shù)的差異，評(píng)估該結(jié)構(gòu)目前的狀態(tài)。振動(dòng)法的內(nèi)容十分廣泛，相信在日后的應(yīng)用過(guò)程中，一定會(huì)取得更多理論和實(shí)際上的成果。

4結(jié)語(yǔ)

在日后的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)土木工程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)要更加完善，與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)不同問(wèn)題提出不同的解決辦法，并選擇最優(yōu)的一種，來(lái)保證土木工程的堅(jiān)固與穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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