略析結構健康監測技術在土木工程中的應用

李金攏

摘要：土木工程的結構健康監測技術是一門新興產業，在我國的研究和發展還處于起步的階段，在很多的研究方式上還存在問題。本文對該技術及其應用進行分析。

關鍵詞：結構健康監測技術;土木工程;策略;

土木工程對人類的生存和發展起著重要作用，保證土木工程的安全，就是保證人民的生命財產安全，因此，結構健康監測技術在土木工程上的應用就更顯得的無比重要，保證土木工程的長期、穩定發展。

1結構健康監測技術綜述

1.1結構健康監測技術

結構健康檢測技術是通過得到的響聲依據，并根據整體的特征綜合分析，去判斷土木工程結構受到損傷的具體位置和損傷程度如何。結構健康檢測技術適用于所有類別結構的監測，尤其可針對土木工程這一大項，對土木工程結構來說，結構監測技術可檢測結構在嚴重破壞、災難下的實時損傷，監測結構在長時間認為破壞或整個大環境變化下的損傷。

1.2結構健康監測技術的構成

結構健康檢測技術有4個子系統，四個部分通過網絡進行聯系：第一，傳感器系統，包括各種感應儀器、信號放大處理器及連接介面等，可將未監測物理量轉變為電信號;第二，信息采集與處理系統，用于采集信息和將數據完整存儲設備，一般在還未監測的結構中，對整體的數據進行初步處理;第三，信息通信與傳輸系，是與網絡系統連接的關鍵，除了最重要的操作系統平臺，還有安全監測網絡。以便將整體采集的信息數據整合到一起，傳輸到監測中心;第四，信息分析和監控系統，這個子系統是比較高級別的，通過高級性能的計算機安裝分析測量軟件，將數據傳輸到軟件中，科學系統地進行數據分析，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，還能有效監測結構當前狀態，一旦健康出現問題，可以及時預警。

1.3結構健康監測技術存在的問題

結構健康監測技術已根據不同的問題，進行多次的完善與創新。現階段，結構健康監測技術還存在以下幾個問題：第一，對結構健康狀態的評價缺乏通用有效的損傷量化指標，結構的自振率可準確測量，但自振頻率對局部損傷不敏感;第二，由于大型土木工程結構都是復雜非線性系統，方法有局限性;第三，成本較大，信號線老化影響信號采集;第四，土木工程的結構監測技術設計與開發缺乏統一的標準。

1.4結構健康監測技術在土木工程開展的必要性

對我國來說，土木工程難度很大，工程技術發展的很快，施工難度與施工技術都極為復雜，土木工程結構與其他普通的結構相比，不論是起始的勘察階段，還是整個設計和施工階段都充滿了不確定性與復雜性，這種復雜性使土木工程結構相對處于不穩定狀態，隨時有可能會產生嚴重的問題和損傷，長期可能會引起災難性事故，因此，一個結構健康監測技術的開展對我國土木工程現狀來說，很有必要。

2結構健康監測技術在土木工程上的應用情況

2.1國外結構健康監測技術在土木工程上的應用情況

結構健康監測技術在國外的應用時間早、范圍廣。除在跨橋梁等方面的應用外，還廣泛地應用在新時期的高層建筑等領域。美國在1994年就研制出監測公路面的儀器，德國和瑞典都已形成相對完善的理論，適用于永久檢測土木工程結構，讓土木工程結構更加穩定，取得了領先地位。

2.2國內結構健康檢測技術在土木工程的應用情況

我國的結構健康監測技術盡管起步較晚，但進步很快，隨著時代的發展不斷改進方式方法。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，所處經緯帶也是災難多發區，要全面系統地考慮橋梁的安全問題。相關部門對此問題也很重視，共同研制出適用于虎門大橋的結構健康監測系統，該系統的有效實施，使虎門大橋的結構更加穩定、堅實，保證了最基本的安全，繼續為交通作出貢獻。

3結構健康監測技術在土木工程上的技術應用

3.1紅外熱像監測技術應用

紅外熱像監測技術的應用是比較系統的，利用了紅外熱像原理，應用紅外熱像技術去檢測所檢測的工程結構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出材料的內容，還能根據結構物和結構的狀態監測出很多缺陷與問題。紅外熱像監測技術應用最大的優勢就是可不用直接與被檢測物接觸，在整體技術上具有較隨意性，無論上下還是左右都能任意應用，可對被檢測物進行隨時隨地的掃描。紅外熱像監測技術適用于非接觸、范圍廣闊的無損檢測，還有一個重要的特點就是不挑時間，白天和晚上都可以進行監測，對已有無損檢測技術的功能和效果具有很好的互補性，這項技術應用上比較自由廣泛，在國外已取得了很大的成就。

3.2電阻應變片法應用

電阻應變片法的應用也是在近些年興起的一種監測方式，這種方式相對比紅外熱像監測技術來說還有一定的局限性，但其自身還存在很大的優勢的。如電阻應變片法適用于短期監測，價格也很低廉，能在很大程度上節省成本，保證財務預算，使用方法也比較簡單，容易操作。我國的經濟發展速度較快，科技也在日益更新，這種電阻應變片法不斷的應用就更加寬泛，優點和長處也能得到更好地發揮。

3.3超聲檢測法應用

超聲檢測法的應用歷時已久，早在20世紀60年代，國外的科學家就已能在混凝土中應用這種超聲檢測法，也是超聲檢測法的開創者。其運行原理是通過超聲波監測儀的波形去顯示形狀及頻率為25赫茲的聲波轉換器。來探測和分析超聲波在結構中的傳播具體形勢，如傳播速度、頻率、接受信號程度等，并將探測到的這些數據有機地整合一起，觀察其規律和變化，最終形成判斷，即混凝土的具體缺陷。我國根據自身特點，對超聲法進行了創新，讓超聲法可以穿透較遠的距離，且非常安全方便。

3.4云紋法的應用

云紋法也是近年來新興起的一種結構健康監測方法，整體運行的過程比較復雜，但卻能得到較為完整的結論。云紋法和陰影云紋法是可以運用在結構健康監測技術上的關于土木工程的兩種主要方法，不過應用條件較為苛刻，要從技術的角度加以完善，找到更好的方向與內涵，讓云紋法的應用條件有所改善，保證日后對結構健康監測具有價值。

3.5振動法應用

振動在力學中是常見現象，各國學者已能形成一套完善的振動理論，應用于實際中。同時，土木工程上的振動也是最普遍的現象之一，學者積極運用土木工程振動理論，振動法作為基本方法的土木工程結構監測技術也隨之出現。振動法利用了振動測量傳感器陣列獲取信號后，對收集到的信息進行測量和分析，以便作比較，對比損傷參數和未損傷參數的差異，評估該結構目前的狀態。振動法的內容十分廣泛，相信在日后的應用過程中，一定會取得更多理論和實際上的成果。

4結語

在日后的發展過程中，對土木工程的結構監測技術要更加完善，與時俱進，根據不同問題提出不同的解決辦法，并選擇最優的一種，來保證土木工程的堅固與穩定。

參考文獻：

[1] 李宏男，高東偉，伊廷華.土木工程結構健康監測系統的研究狀況與進展[J].力學進展，2013（12）

[2] 伏煥昌，王翰翔，黃良輝.土木工程結構健康監測系統的研究狀況與進展[J].現代裝飾（理論），2014（7）