土木工程结构健康监测的研究状况与进展

土木工程结构健康监测的研究状况与进展

方波方涛张磊磊

浙江吉鸿建设工程有限公司浙江310000

摘要：土木工程结构健康监测已成为近年来建筑业的热点问题之一，它涉及的不仅仅是单一的领域和学科。而是一个庞大的复杂的系统，包括了数据采集、力学分析等等学科。在现实生活中，土木工程结构的健康监测也是非常必要的。本文介绍了与土木工程健康监测相关的课题，分析了近年来的研究现状，并对未来健康监测系统的发展提出了一些合理的展望。

关键词：健康监测；土木工程；损伤诊断。

近年来，由于健康问题频发，土木工程造成了巨大的经济损失和人员伤亡，已成为全社会关注的重要课题。随着经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的机动车出现在道路和桥梁上，越来越多的高层建筑层出不穷，因为疲劳造成了交通事故。此外，长期以来修建了相当数量的公路桥梁等基础设施，给人们的财产和生命安全带来了极大的威胁，迫切需要一套科学的健康监测系统来监控其稳定性。

1土木工程结构健康监测的必要性

重大的土木工程结构，如桥梁、房屋等，与人民群众的生命财产安全息息相关，一旦发生安全事故，将会带来巨大的人员伤亡和经济财产的损失。但是近些年来，我国土木工程的事故发生频率不断升高，对人民群众的生命财产安全造成极大的威胁。对土木工程结构造成损害的原因有很多，比如洪水、地震等自然灾害，或者爆炸等人为性的破坏性行为，都会对土木工程的结构造成不同程度的损害，这些损害所带来的危害使人们对土木工程的结构安全问题越来越重视，怎样对土木工程结构的健康状况进行有效的监测，成为目前迫在眉睫的工作之一。

2土木工程结构健康监测综述

土木工程结构损伤有两种，一种是突发性的，一种是累积性的。突发性结构破坏不包括土木工程本身的质量问题，大多是由各种自然灾害或人为爆破等因素引起的，累积损伤和退化与工程质量本身和长时间的用力有关。结构健康监测是指利用先进的技术对土木工程的物理结构进行科学的监测和分析。它能及时检测公路桥梁的应力状态、疲劳程度和结构损伤，为道路桥梁的维修改造提供依据。我们不能仅仅进行瞬时监测，以检测是否有结构损伤在任何时间。这样就失去了监测的意义，我们需要进行长期监测，从结构设计到混凝土施工，到竣工验收，再使用。我们都必须对其结构进行必要的监测和评估。然而，由于土木工程往往相对较大，无法快速找到某个地方或几处损坏点，因此有必要对各种数据进行综合分析。

3损伤识别和安全评估系统

土木工程机构的损伤识别是实时在线的识别和监测，通常使用动力指纹分析方法、模型修正和系统识别方法、神经网络方法、遗传算法等技术方法对工程结构进行监测。对土木工程结构安全的评估一般采取可靠度理论、层次分析法、模糊理论和专家系统等方法对其进行评估，可以对土木工程结构进行全面、系统、科学的评估判断。

3.1结构健康监测系统的应用

土木工程结构健康监测系统在国内和国际上都有较广泛的应用，特别是大跨桥梁和高层复杂建筑的结构健康监测之中，国外应用较成功的范例是日本的明石海峡大桥以及德国的莱特火车站的大楼，都应用了土木工程的结构健康监测系统，对其结构进行损伤识别和安全评估。国内对土木工程健康监测的应用由于成本较高和技术复杂，主要应用在大型桥梁的监测中，如虎口大桥等。

4土木工程结构健康监测的发展现状

目前的结构健康监测分为三种类型。首先是神经网络方法，不需要结构模型的相关信息，适用于不能确定参数模型的情况。这种方法的灵感来自人脑和神经系统。它的焦点不是结构的外部表示，而是其固有的神经网络，因此它更加科学和精确，因此近年来受到了越来越多的关注。二是基于土木工程的物理特性的动态分析方法。由于任何建筑物都可以看作是由各种机械元件组成的动力系统，当结构损坏或退化时，力学指标必然会发生变化。这些指标类似于人的指纹和指纹，这表明有一定的损伤，所以这种分析方法也被称为运动。力指纹分析。第三是模型修正方法。这种方法在理论上更直观，但现实中有太多的重要因素，实际应用也不多。该方法需要根据理论建立模型，然后将相关检测数据修正为模型，并根据模型刚度分布确定结构损伤的位置和程度。但在实际中，噪声、外部振动和建模误差都会导致结论的偏差，至今还没有完善的成熟方案。

5土木工程结构健康监测系统的未来发展

虽然土木工程结构的健康监测已经诞生了很长时间，但由于其缺乏关注和现实的客观条件，它仍然是建筑领域的一项新技术。然而，由于建筑物结构损伤的日益严重，结构健康监测系统有着非常广阔的发展前景。结构健康监测系统的未来发展应集中在以下几个方面：第一，信息处理技术的研究。对于土木工程的健康监测，信息处理有着特殊的意义，只有监测，监测信息不能妥善处理，监测就会失去其有效性。近年来

小波分析技术的发展相对较快和成熟。小波分析可以识别正常信号中的瞬态异常，在结构健康监测领域起着重要的作用。其次，优化传感器的布置是非常重要的。为了进行土木工程的健康监测，无论采用什么方法，传感器都是不可或缺的。传感器的布置需要进行优化，研究设置几个传感器，应该设立什么样的职位使监测最有效，特别是，传感器的布置应符合以下条件：控制成本，使传感器设置尽可能少，消除外部干扰，如噪声；获得的数据更为科学；对于没有出现损伤，然而，疲劳状况也应该能够合理地监测和评估可能受伤的威胁。传感器的应用和优化布局在航空航天领域有着广泛的应用。土木工程领域还不成熟。我们可以借鉴传感器在航天领域的应用，在土木工程健康监测系统中开发传感器的最佳配置和技术。

6结论

土木工程结构健康监测系统是土木工程安全性能评价的科学化、客观化。未来，各种土木工程的安全性和稳定性要求越来越高，未来将有非常广阔的发展空间。目前，土木工程健康监测系统还不完善，也未被广泛应用。它的应用也受到许多因素的限制。但是这种系统的发展已经成为趋势，我们必须深入研究，寻求符合社会经济发展和进步的监测系统的应用措施，逐步推广结构健康监测系统，保证土木工程的稳定性，提高土木工程的寿命和主体性。保障人民生命财产安全。

参考文献：

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[2]李红楠、高东伟、易婷华。土木工程结构监测系统的研究现状与进展[J]。现代装饰（理论），06期2014（3）元苏梅。健康结构监测数据采集与损伤识别系统[D]。大连：大连理工大学，12期