土木工程結構健康監測技術的應用及展望

杜建剛

摘要：結構健康監測是通過測試設備獲取構件的應力應變和結構的整體變形及振動響應，通過數據分析獲得結構的現有性能，并評估結構未來的健康狀態。結構健康監測系統實時監測結構的響應。一方面監測結構在突發荷載作用下的承載能力極限，另一方面監測結構在長期累積損傷作用下的正常使用極限，從而完成監測結構在整個生命周期內安全性能的任務。

關鍵詞：土木工程結構;健康監測技術;應用期待分析研究

1結構健康監測技術

結構健康檢測技術是通過對土木工程結構整體特征的健全基礎和綜合分析，判斷土木工程結構損傷的具體位置和程度。結構健康檢測技術適用于各類結構的監測，尤其是土木工程。對于土木工程結構，結構監測技術可以實時檢測結構在嚴重損傷或災害下的損傷，并監測結構在長期損傷或整個環境變化下的損傷。最后，結構監測的具體信息可以作為未來結構監測程度標準的參考。更重要的是，可以獲得結構的殘值。

2結構健康監測技術在土木工程中的應用

2.1紅外熱像監測技術的應用

紅外熱成像監測技術的應用是一個利用紅外熱成像原理的系統，應用紅外熱成像技術檢測工程結構物的整體情況是自由熱線或物體，從而形成一個熱狀圖形，不僅可以直接反映材料的含量，也可以根據結構的狀態監測結構的許多缺陷和問題。紅外熱像監測技術應用的最大優點是不需要與被測物體直接接觸，在整體技術上具有更大的隨機性。它可以任意應用，無論是上下還是左右，并且可以隨時隨地掃描檢測到的對象。紅外熱圖像監測技術適用于非接觸、寬范圍的無損檢測，還有一個重要特點是不拾取時間，晝夜均可監測，現有的無損檢測技術在功能和效果上有很好的互補性，相對自由的是廣泛的，該技術在國外取得了很大的成就。

2.2電阻應變片法的應用

電阻應變片法的應用也是近年來出現的一種監測方法。與紅外熱像監測技術相比，該方法有一定的局限性，但也有很大的優勢。例如，電阻應變片法適合于短期監測，價格非常低廉，可以在很大程度上節約成本，保證財務預算，使用方法相對簡單，易于操作。隨著我國經濟的快速發展和科學技術的不斷更新，這種電阻應變片方法的持續應用越來越廣泛，其優勢和優勢可以得到更好的發揮。相信未來的應用會更加扎實，應用策略的使用會更加方便。

2.3超聲波檢測方法的應用

早在20世紀60年代，國外科學家就已經能夠將這種超聲波檢測方法應用于混凝土中，它也是超聲波檢測方法的先驅。其工作原理是通過超聲波監視器的波形來顯示25Hz聲轉換器的形狀和頻率。檢測并分析超聲波在結構中傳播的具體情況，如傳播速度、頻率、接收信號的程度，并將這些檢測數據有機地結合在一起，觀察其規律和變化，最后形成判斷，即混凝土缺陷。

2.4云紋法的應用

云紋法也是一種新的結構健康監測方法，在整個運行過程中較為復雜，但可以得到更完整的結論。云紋法和陰影云紋法是可以應用于土木工程結構健康監測技術中的兩種主要方法，應用條件苛刻，但應從技術角度加以完善，找到更好的方向和內涵，讓云紋法的應用條件得到改善，確保其對未來的結構健康監測具有價值。

2.5振動法的應用

振動法使用振動測量傳感器陣列獲取信號，然后測量和分析收集的信息進行比較，比較受損參數和未受損參數之間的差異，并評估結構的當前狀態。振動法的內容非常廣泛，相信在未來的應用過程中會得到更多的理論和實踐結果。

3結果健康監測技術存在的問題及展望

（1） 如何從整個測量點中選擇最重要的測量點是結構健康監測技術應用中需要解決的基本問題。測量點應能獲得結構整體響應和關鍵部件局部響應的完整信息。在此基礎上，盡量減少測量點的數量，以減少投資，獲得良好的經濟效益。因此，研究人員和工程師需要繼續對具有不同結構系統特性的監測傳感器的布置進行優化研究。

（2） 傳感器物理力學值的測量精度、外部環境的抗干擾能力和信號的無線傳輸能力有待提高。目前，傳感器組件的安裝要求很高。傳感器組件抗自然環境腐蝕能力差，正常使用壽命遠低于結構使用壽命，更換成本高。此外，傳感器組件抵抗外部干擾的能力較低，信號中混合了大量噪聲組件。尤其是在無線傳輸過程中，外部環境對信號質量的影響更為嚴重，給數據處理帶來了很大的困難。因此，研究人員和工程師需要進一步研究傳感器組件的性能。

（3） 健康監測數據的處理技術有待進一步研究。健康監測是一個長期的過程，從施工階段到建筑物的使用，監測設備都會產生大量的數據。一方面，工人需要通過清理原始數據來獲取有效數據;另一方面，為了應對數據缺失的情況，工作人員需要對現有數據進行深入分析，通過可靠的推理理論和算法，獲得結構的性能狀態。因此，數據簡化和挖掘技術仍然是后續研究的重點之一。

（4） 健康監測系統的智能評估水平有待提高。健康監測是一個全球性項目。從整個結構的振動機理和溫度效應到結構構件的損傷，有必要對結構的安全性和可靠性進行評估。未來，隨著監測參數的進一步增加，一些參數的分析已遠遠不能滿足復雜建筑健康狀況評價的要求。因此，集成大數據的智能評估系統是未來的研究方向之一。

（5） 可視化技術在健康監測系統中的應用不足。可視化技術在建筑工程領域發展迅速。可視化技術可以高度集成建筑信息，直觀地表達健康監測系統的分析結果。它為健康監測系統、操作員和監測人員之間的信息交互提供了有效的媒介。因此，可視化技術與健康監測技術的高度集成是未來土木工程結構健康監測技術的發展方向之一。

4結論

土木工程結構健康監測技術是一個新興產業，我國的研究和發展還處于起步階段，許多研究方法還存在問題。因此，在未來的發展過程中，土木工程結構監測技術應更加完善，與時俱進，針對不同的問題提出不同的解決方案，并選擇最佳方案，以確保土木工程的穩固穩定。土木工程對人類的生存和發展起著重要作用。確保土木工程安全就是確保人民生命財產安全。因此，結構健康監測技術在土木工程中的應用對于保證土木工程的長期穩定發展更為重要。

參考文獻

[1]張澤宇.基于監測的空間鋼結構健康狀態評價體系研究[D].浙江大學，2017.