土木工程結(jié)構(gòu)安全性評估、健康監(jiān)測及診斷述評

李曉勇

摘 要：土木工程事故頻繁發(fā)生，如橋梁斷裂，房屋倒塌等，造成一定的人員傷亡和經(jīng)濟損失，還會給人們的正常生活帶來影響。其主要原因是缺乏對土木工程評估的監(jiān)測。當(dāng)前，我國對土木工程結(jié)構(gòu)安全性評價、健康監(jiān)測和診斷評價的研究較少，缺乏實用的技術(shù)，相關(guān)的研究文獻也較少，尚處于一個新的發(fā)展階段，已落后于土木工程其他方面的發(fā)展，因此，需要進一步加強研究，提高土木工程結(jié)構(gòu)的安全性。

關(guān)鍵詞：土木工程結(jié)構(gòu);安全性評估;健康監(jiān)測;診斷評述

前言

為營造良好的居住環(huán)境，提高居住質(zhì)量，我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，土木工程建設(shè)數(shù)量與日俱增。但綜觀當(dāng)前土木工程建設(shè)，關(guān)注點和研究重點都集中在設(shè)計和施工技術(shù)上，更多的是環(huán)保節(jié)能、技術(shù)創(chuàng)新。但對土建結(jié)構(gòu)的施工和后續(xù)結(jié)構(gòu)的檢測卻被忽略，本文針對土建結(jié)構(gòu)的安全性評價、健康監(jiān)測和診斷進行研究分析。

1土木結(jié)構(gòu)安全性的健康監(jiān)測系統(tǒng)

在土木工程安全性能評估中，健康監(jiān)測系統(tǒng)是一項健康診斷與評價的基礎(chǔ)，可以對土木工程安全狀況進行健康診斷，并進行安全預(yù)防預(yù)測。許多情況下，有些工程建筑物會安裝監(jiān)控檢測系統(tǒng)，但在某些工程上并未安裝，雖然不安裝，但安全監(jiān)測系統(tǒng)，但也不至于發(fā)生太大嚴重性后果，一般在施工時，都會安裝傳感器進行測量，也只是在局部結(jié)構(gòu)上進行安裝和監(jiān)測，而且還會臨時布置，但在工作效率、作用與健康監(jiān)測系統(tǒng)不太一樣，它們在基本工作效果方面是一樣的，而且傳感器也有方便使用和安裝省時省力的優(yōu)點，且在普通建筑物中使用，取得了很好的效果。衛(wèi)生監(jiān)測系統(tǒng)包括了許多方面：傳感系統(tǒng)包括了檢測元件的選擇、傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的布置、檢測裝置的選型與構(gòu)造、衛(wèi)生監(jiān)測中心所處核心位置的監(jiān)測采集系統(tǒng)，它能發(fā)揮最重要的作用，能及時預(yù)測和控制結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的異常行為，對監(jiān)測結(jié)果進行及時報警，并通過報警信號傳遞給監(jiān)測控制中心，及時進行處理與診斷，從而實現(xiàn)對監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康狀況的良好評價與判斷，還包括一部分數(shù)據(jù)的采集，然后對數(shù)據(jù)進行分析、處理，在此階段一般是由功能強大的計算機系統(tǒng)完成的，計算機系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)采集功能，能很好地對數(shù)據(jù)進行分析處理，由計算機完成是再好不過的。在結(jié)構(gòu)安全性能方面，傳感系統(tǒng)占據(jù)了重要地位，同時也具有重要的價值意義，在檢測采集信息時，傳感器能將信息及時傳送到監(jiān)測中心系統(tǒng)，從而完成對結(jié)構(gòu)健康狀況的一種評價，傳感器起到了承上啟下的聯(lián)接作用，在對工程結(jié)構(gòu)性能進行健康監(jiān)測時，能對出現(xiàn)的異常情況作出預(yù)測和報警，并通過信號傳遞出去，及時通知施工人員，及時處理，起到很好的效果，系統(tǒng)內(nèi)部自帶的故障診斷功能，經(jīng)其自身的異常識別后，進行自我修復(fù)，再方便系統(tǒng)安全有效地運行。

2理論性分析

安全性評估：主要是運用一定的檢測手段、設(shè)備、技術(shù)，對土木工程目前的工作狀況進行檢驗，分析其臨界破壞狀況，并與試驗結(jié)果進行比較，最后確定和評定工程的安全等級。安全評估在此并非可靠性，而是給出工程的安全等級。根據(jù)安全級別，要求工作人員分析是否需要進一步修理。

健康監(jiān)測：對土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況，即其實際結(jié)構(gòu)是否能滿足預(yù)期功能進行監(jiān)測。在土建施工到后期投入使用期間，隨著時間的推移，損傷將不斷積累，而健康監(jiān)測則是利用無損傷檢測方法對土建結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息及結(jié)構(gòu)反應(yīng)，分析了解結(jié)構(gòu)因損傷、退化而產(chǎn)生的變化。在結(jié)構(gòu)損壞之前，確定它的變化是否會導(dǎo)致安全隱患，確保結(jié)構(gòu)的安全，這是一種實時的在線監(jiān)測。

健康診斷：這是土木工程的診斷，主要是因為土木工程結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中，會受到某些自然、假設(shè)的破壞，例如橋梁，長期處于荷載作用下，有時也會超負荷工作，加上地震、強風(fēng)等因素，導(dǎo)致橋梁損壞。因此，有必要對結(jié)構(gòu)進行檢測，通過指標來判斷結(jié)構(gòu)是否受到損傷，確定損傷的部位和程度，進行安全性分析，并確定使用壽命。并根據(jù)診斷結(jié)構(gòu)，作出相應(yīng)的判斷與決定。

3土木工程結(jié)構(gòu)的安全性評估、健康監(jiān)測及診斷技術(shù)

3.1土木工程的安全性評估

對土木工程的安全性進行評價，了解安全狀況，確定安全等級;安全評價是一項較為復(fù)雜和繁瑣的工作。在編制評估報告之前，需要根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)進行連接，找出土木工程結(jié)構(gòu)存在的潛在安全隱患和潛在危險，確定土木工程結(jié)構(gòu)的安全等級，進行數(shù)據(jù)分析并做出評估報告，對土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部的破壞、混凝土等相關(guān)結(jié)構(gòu)進行評估，同時還要注意一種準確的風(fēng)險評估。隨后根據(jù)評估報告，對其進行安全評級，建立安全預(yù)警機制，針對實際存在的安全隱患，制定相應(yīng)的預(yù)防措施和保護措施。保證土建施工的安全性，避免在施工過程中發(fā)生突發(fā)故障，造成無法彌補的損失。

3.2土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及診斷

3.2.1土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

在以上內(nèi)容中，健康監(jiān)測已經(jīng)做了簡單的分析，健康監(jiān)測依靠一定的技術(shù)手段，運用先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)監(jiān)測及其如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，首先建立了相應(yīng)的損傷參數(shù)，然后用計算機建立了土木工程結(jié)構(gòu)的完整模型。該技術(shù)可應(yīng)用于各種復(fù)雜的土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測，也可避免外界包括噪聲等因素對環(huán)境的影響。這種技術(shù)的應(yīng)用主要集中在數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化上。

光纖傳感技術(shù)是一種利用高效的數(shù)據(jù)傳輸功能，利用光纖傳感器，將其植入土木工程結(jié)構(gòu)中，利用其對壓力的敏感性，監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部惡化裂縫的情況，并將其反饋給有關(guān)數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)處理和分析，確定了該結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)。

利用電壓傳感技術(shù)，將電壓傳感器置入結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過傳感器感受結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)，判斷是否存在安全隱患。若結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，對傳感器造成擠壓，使電氣設(shè)備端形成電位差，從而產(chǎn)生電位波，分析數(shù)據(jù)，確定損壞的具體情況。

3.2.2土木工程結(jié)構(gòu)健康診斷

在進行健康診斷時，首先要確定相關(guān)安全指標，診斷結(jié)構(gòu)是否有損傷，并對結(jié)構(gòu)進行評估。除應(yīng)用上述技術(shù)外，還采用了振動診斷、超聲診斷、射線診斷等技術(shù)對土木結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測。傳感器通常被用來獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)診斷，包括超聲波傳感器、微型壓力傳感器等。當(dāng)進行土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與診斷時，必須注意所用儀器必須具有穩(wěn)定性和耐久性，并能滿足長期監(jiān)測診斷的要求;所監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定、準確;在確定損壞情況時所采用的方法必須可靠、穩(wěn)定;利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實現(xiàn)自動檢測、故障預(yù)警。

3.3在土木工程結(jié)構(gòu)檢測診斷和安全評估系統(tǒng)

安全評價是基于健康監(jiān)測與診斷的全過程，安全評價是對監(jiān)測診斷的最終結(jié)構(gòu)進行分析與評價，因此，建立一個土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測評價體系，該體系包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、監(jiān)測中心、診斷功能相關(guān)的硬件軟件。

傳感系統(tǒng)，就是利用聚義的傳感器，如光纖傳感器，可以對各種信號進行監(jiān)測，避免干擾。在傳感器配置中，還提出了多種方式來實現(xiàn)傳感器的優(yōu)化配置，包括模態(tài)動能法、有效獨立性法、遺傳算法等，以達到傳感器的最佳配置。利用動態(tài)指紋技術(shù)、模式識別技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種方法進行損傷監(jiān)測，取得了較好的效果。進行數(shù)據(jù)分析，最后確定診斷結(jié)果，并根據(jù)檢測結(jié)果進行安全性評價，確定安全等級，制定相關(guān)措施及決策。

結(jié)語

總之，就土木工程結(jié)構(gòu)安全評價與健康監(jiān)測及診斷進行了分析，首先對一些基本術(shù)語作了闡述，然后對其安全性評價、健康監(jiān)測、健康診斷的具體技術(shù)與方法進行了分析。目前，在土木工程建設(shè)發(fā)展中，對其結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與安全評價工作重視不夠，尚需加強研究，引起有關(guān)部門的重視，以確保結(jié)構(gòu)的安全，避免發(fā)生突發(fā)性事故。

參考文獻

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