土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評

李曉勇

摘 要：土木工程事故頻繁發生，如橋梁斷裂，房屋倒塌等，造成一定的人員傷亡和經濟損失，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測。當前，我國對土木工程結構安全性評價、健康監測和診斷評價的研究較少，缺乏實用的技術，相關的研究文獻也較少，尚處于一個新的發展階段，已落后于土木工程其他方面的發展，因此，需要進一步加強研究，提高土木工程結構的安全性。

關鍵詞：土木工程結構;安全性評估;健康監測;診斷評述

前言

為營造良好的居住環境，提高居住質量，我國建筑行業發展迅速，土木工程建設數量與日俱增。但綜觀當前土木工程建設，關注點和研究重點都集中在設計和施工技術上，更多的是環保節能、技術創新。但對土建結構的施工和后續結構的檢測卻被忽略，本文針對土建結構的安全性評價、健康監測和診斷進行研究分析。

1土木結構安全性的健康監測系統

在土木工程安全性能評估中，健康監測系統是一項健康診斷與評價的基礎，可以對土木工程安全狀況進行健康診斷，并進行安全預防預測。許多情況下，有些工程建筑物會安裝監控檢測系統，但在某些工程上并未安裝，雖然不安裝，但安全監測系統，但也不至于發生太大嚴重性后果，一般在施工時，都會安裝傳感器進行測量，也只是在局部結構上進行安裝和監測，而且還會臨時布置，但在工作效率、作用與健康監測系統不太一樣，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點，且在普通建筑物中使用，取得了很好的效果。衛生監測系統包括了許多方面：傳感系統包括了檢測元件的選擇、傳感器網絡結構系統的布置、檢測裝置的選型與構造、衛生監測中心所處核心位置的監測采集系統，它能發揮最重要的作用，能及時預測和控制結構出現的異常行為，對監測結果進行及時報警，并通過報警信號傳遞給監測控制中心，及時進行處理與診斷，從而實現對監測結構健康狀況的良好評價與判斷，還包括一部分數據的采集，然后對數據進行分析、處理，在此階段一般是由功能強大的計算機系統完成的，計算機系統具有強大的數據采集功能，能很好地對數據進行分析處理，由計算機完成是再好不過的。在結構安全性能方面，傳感系統占據了重要地位，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測中心系統，從而完成對結構健康狀況的一種評價，傳感器起到了承上啟下的聯接作用，在對工程結構性能進行健康監測時，能對出現的異常情況作出預測和報警，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，系統內部自帶的故障診斷功能，經其自身的異常識別后，進行自我修復，再方便系統安全有效地運行。

2理論性分析

安全性評估：主要是運用一定的檢測手段、設備、技術，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。根據安全級別，要求工作人員分析是否需要進一步修理。

健康監測：對土木工程結構的健康狀況，即其實際結構是否能滿足預期功能進行監測。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，而健康監測則是利用無損傷檢測方法對土建結構進行監測，獲取結構內部信息及結構反應，分析了解結構因損傷、退化而產生的變化。在結構損壞之前，確定它的變化是否會導致安全隱患，確保結構的安全，這是一種實時的在線監測。

健康診斷：這是土木工程的診斷，主要是因為土木工程結構在施工和使用過程中，會受到某些自然、假設的破壞，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、強風等因素，導致橋梁損壞。因此，有必要對結構進行檢測，通過指標來判斷結構是否受到損傷，確定損傷的部位和程度，進行安全性分析，并確定使用壽命。并根據診斷結構，作出相應的判斷與決定。

3土木工程結構的安全性評估、健康監測及診斷技術

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雜和繁瑣的工作。在編制評估報告之前，需要根據土木工程結構進行連接，找出土木工程結構存在的潛在安全隱患和潛在危險，確定土木工程結構的安全等級，進行數據分析并做出評估報告，對土木工程結構內部的破壞、混凝土等相關結構進行評估，同時還要注意一種準確的風險評估。隨后根據評估報告，對其進行安全評級，建立安全預警機制，針對實際存在的安全隱患，制定相應的預防措施和保護措施。保證土建施工的安全性，避免在施工過程中發生突發故障，造成無法彌補的損失。

3.2土木工程結構健康監測及診斷

3.2.1土木工程結構健康監測

在以上內容中，健康監測已經做了簡單的分析，健康監測依靠一定的技術手段，運用先進的信息技術，實現監測及其如神經網絡技術，利用神經網絡技術，首先建立了相應的損傷參數，然后用計算機建立了土木工程結構的完整模型。該技術可應用于各種復雜的土木工程結構監測，也可避免外界包括噪聲等因素對環境的影響。這種技術的應用主要集中在數據處理和優化上。

光纖傳感技術是一種利用高效的數據傳輸功能，利用光纖傳感器，將其植入土木工程結構中，利用其對壓力的敏感性，監測結構內部惡化裂縫的情況，并將其反饋給有關數據。通過數據處理和分析，確定了該結構的損傷狀態。

利用電壓傳感技術，將電壓傳感器置入結構內，通過傳感器感受結構的內力狀態，判斷是否存在安全隱患。若結構發生損壞，對傳感器造成擠壓，使電氣設備端形成電位差，從而產生電位波，分析數據，確定損壞的具體情況。

3.2.2土木工程結構健康診斷

在進行健康診斷時，首先要確定相關安全指標，診斷結構是否有損傷，并對結構進行評估。除應用上述技術外，還采用了振動診斷、超聲診斷、射線診斷等技術對土木結構進行健康監測。傳感器通常被用來獲取數據，實現診斷，包括超聲波傳感器、微型壓力傳感器等。當進行土木工程結構的健康監測與診斷時，必須注意所用儀器必須具有穩定性和耐久性，并能滿足長期監測診斷的要求;所監測的數據必須穩定、準確;在確定損壞情況時所采用的方法必須可靠、穩定;利用網絡信息技術，實現自動檢測、故障預警。

3.3在土木工程結構檢測診斷和安全評估系統

安全評價是基于健康監測與診斷的全過程，安全評價是對監測診斷的最終結構進行分析與評價，因此，建立一個土木工程結構的健康監測評價體系，該體系包括傳感器系統、數據采集與分析系統、監測中心、診斷功能相關的硬件軟件。

傳感系統，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測，避免干擾。在傳感器配置中，還提出了多種方式來實現傳感器的優化配置，包括模態動能法、有效獨立性法、遺傳算法等，以達到傳感器的最佳配置。利用動態指紋技術、模式識別技術、神經網絡技術等多種方法進行損傷監測，取得了較好的效果。進行數據分析，最后確定診斷結果，并根據檢測結果進行安全性評價，確定安全等級，制定相關措施及決策。

結語

總之，就土木工程結構安全評價與健康監測及診斷進行了分析，首先對一些基本術語作了闡述，然后對其安全性評價、健康監測、健康診斷的具體技術與方法進行了分析。目前，在土木工程建設發展中，對其結構的健康監測與安全評價工作重視不夠，尚需加強研究，引起有關部門的重視，以確保結構的安全，避免發生突發性事故。

參考文獻

[1]宗周紅.土木工程結構損傷診斷研究進展[J].土木工程學院，2015，（7）.

[2]謝強.土木工程結構健康監測的研究現狀與進展[J].中國科學基金，2014，（12）.

[3]張秀庭.土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評[J].居舍，2017（29）：3.