土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展

土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展

郑志锋

身份证号：441622199608121017

摘要：在进行土木工程建设过程中，需要对其结构进行实时监测，以保证结构的稳定性和质量良好化，能够对整个工程结构以及质量达到保障效果，因此在土木工程具体结构的安全监测系统建设方面要做出相关研究，并根据其研究成果进行具体措施的实施，使监测系统建设更加完善。在本篇文章中主要根据其监测的必要性进行分析，并且根据土木工程的健康监测系统进行客观描述，针对其研究的目前发展现状进行优化，并对其未来的监测系统发展进行展望，使土木工程结构健康监测系统得以快速进步，并在当前的时代中可以不断创新，以符合时代发展的需要，为土木工程的建设做好基础性的保障。

关键词：土木工程结构；健康监测系统；研究状况；进展

引言：

在具体监测系统建设过程中，需要对结构进行监测，可以利用传感器系统来进行工作。通过在结构内部进行传感器安装，可以获取基本结构内部的损伤评价，并且根据自动化技术对于数据进行回收，综合进行分析可以得到较准确的数据分析结果，根据数据分析结果来进行诊断并进行维修，可以使土木工程结构更加良好，能够符合建设需求。并且通过该系统的建设能够更客观地评价土木工程的具体建造情况，减少安全事故的发生，以保障正常建设。

一、必要性

在国家社会建设过程中离不开土木工程，因此土木工程的重要性可以体现出来，在土木工程建设过程中如果发生事故，可能会对施工人员造成威胁以及对现场的情况造成极大的损失。因此对于其结构的健康情况要进行监测防止结构出现问题，造成安全隐患的存在，威胁人们的生命安全。在具体的结构问题方面不仅仅包括人为原因，而且还可能由于自然原因而造成的一些损害，因此在社会的不断发展过程中需要对这些因素进行监测。其最直接的监测方式就是直接对土木工程的结构进行监测，如果其数据出现异常则可表示内部结构出现问题，应给予高度的重视，并对问题进行排查与解决，做到未雨绸缪，提前做好布防的效果，并且将损失降到最低。这不仅仅保障了人们的生命安全，而且对企业的经济效益也有一定的保障作用[1]。所以在土木工程中应用健康监测系统是十分必要的，在该监测系统的应用过程中，主要是将结构信息传输到计算机系统内，如果出现异常数据，计算机会及时进行警报，提醒施工人员注意。如果问题较严重，则应立即停止施工，派出专业人员进行检查，防止问题进一步扩大而造成事故的发生。因此在具体的监测系统使用过程中应实时地关注异常数据，并对整个监测系统的运行情况进行控制，防止系统运行出现故障无法对结果问题进行及时上报而导致结构监督系统无法正常工作。

二、概述

（一）构成

工程结构健康检测系统是一种无损检测系统，通过对结构等建筑特性的分析，对整体工程检测，找到其中退化劳损的部分。该系统主要利用传感器技术，对于工程结构进行特性分析，检验工程结构上可能存在的损伤或故障，并且对该系统的利用可以更好地使土木工程结构质量效果以完善的角度呈现在施工人员面前，可以对其质量进行细节处的修补，使其质量水平进一步提升，发挥土木工程结构的实际作用，使其效果进一步提高。并且利用合理的健康监测系统可以将多个技术进行结合，综合应用，例如传感器系统、信号转换系统以及计算机数据传输系统，并将其通过终端连接起来，利用计算机的数据分析能力，将传感器系统所获取的信息进行分析，利用信号转换系统将传感器系统获取的信号转化为数字信号传输到计算机终端进行分析，并且利用数据传输系统保证数据传输的真实性和有效性[2]。根据计算机终端分析的结果做出相关反应，并对后续的各个系统进行安装，实现其自动化一体化建设，使计算机终端可以直接控制机械系统进行工作，对问题进行排查，减少人工操作的麻烦和失误，对于整个系统的安全评估以及具体实用性也有着充分的保障作用，可以使土木工程结构健康监测系统顺利完成自己的工作，并且对生产安全也有一定的保障效果。

（二）原理

该系统的具体工作原理主要是通过测量的超常载荷，对于工程结构的状况进行监测，并分析可能发生这种状况变化的具体情况，来对结构的损伤程度进行判断，进一步测量损伤部位，派出人员进行维修。在安全评估以及损伤分析方面发挥着重要作用。因此该系统的具体工作主要是在损伤的识别和安全评估方面，在损伤识别方面主要根据来源进行分析，是人为造成的还是自然造成的 [3]。人为造成的损伤可能是由人为操作不当或者设备的使用不当而造成的结构损伤，在自然灾害方面可能由于地震、山体滑坡等多种自然灾害而造成的外来损伤，在施工阶段没有发现，经过长期的施工时期，损伤进一步扩大可能会导致事故的发生，因此在其损伤初期就要进行实时监测以获得结构数据的异常变化，并根据异常变化找到具体的位置进行修补，可以减少土木工程安全隐患系数。在安全性评估方面是通过监测系统对于结构安全性进行评估，利用各种测试方式来对安全状态进行测试，根据测试结果得出具体的数据来评估，因此其评估是具有数据基础的，并且可以根据等级划分来对工程结构进行确定。在其安全性方面不仅仅有着评估作用，而且具有可靠性，可以进一步提高工程建设的稳定性，利用一体化建设来达到机械修筑和巩固建设，使建筑的安全性进一步提升。在具体的土木工程建设中，可以以某地桥梁建设为例，在桥梁建设时要对及桥梁下部的载荷进行明确监测，防止其载荷无法达到要求，而导致桥梁基础不稳

[4]。此外要对局部应力状况进行分析，得到精确的应力分析结果，并且建立监测传感器，对于应力情况进行实时监控，以达到动态与静态相结合的多角度观察方式，可以更准确地对数据进行测量。

三、方法与优化

（一）诊断方法

要对土木工程结构健康监测系统的具体诊断方法进行研究，根据其诊断方法可以判断其是否存在问题，并对其有效性进行明确。在该方面首先要发现其诊断方法是利用固有频率变化损伤诊断方法，因此迎合了上文对于损伤的判定，例如在某地的工程建设中，在该方面是利用传感器对于土木结构进行实时监测，并对土木结构的频率变化进行数据回收，如果频率变化出现问题，意味着该地区土木结构存在着异常状况，需要对其进行深入分析，并且通过多种频率的不断刺激获得相关数据，如果比较分析的差异较大，证明该地区的土木工程结构存在着损伤状况，需要对其进行维修，以保障土木工程的正常质量[5]。此外还可以利用振型变化来诊断损伤，利用该方法主要是采用综合方法，利用曲率法和图形法的综合运用。通过振动来对其曲率和图形进行监测。一般在损伤的土木结构中其刚性会下降，所以振型曲率会进一步增大，因此在检测过程中可以利用传感器系统对于其振型曲率进行数据回收，如果振型曲率出现了明显增大现象，意味着该处土木结构出现损伤。此外还可以利用变化图形法，在该方法的运用过程中，可以根据振型变化图来对损伤的位置进行确定，找到其变化的位置，并针对该位置进行修补可以达到高效的损伤修复效果。

（二）优化设计

具体的优化设计方面需要加强传感器位置布置的合理化，在该方面可以利用BIM技术对于传感器位置进行固定。在某处工地建设中，对于传感器的安装不明确，因此引进BIM技术，在设计时设计师可以利用BIM技术对于每个可以安装传感器的位置进行安装，根据动态变化对其监测效果进行分析，保留一些监测效果良好，去除监测效果不佳的位置，则可以给出完善的设计方案，使传感器布置更加优化，感受更加灵敏、更加丰富，所获取的信息更加准确，以方便工作人员进行数据分析，并得到较准确的数据，在土木工程建设中可以给出明确的指导意义，防止结构出现问题而造成大的损失。

四、未来发展

最后要对其未来的发展方向进行展望，在土木工程未来的发展过程中，首先要对土木工程进行分析，才能够得到健康结构监测系统的未来发展方向[6]。土木工程建设目前发展前景较为广阔，所以为了提升土木工程的具体工作效能，要从其特性方面进行进一步发展，要提高土木工程的结构质量，并且对建设效率与质量进行提高才能够满足目前城市化不断发展的脚步。因此在其结构健康监测系统方面，要增加对于土木工程具体形态的监测系统，以保证可以在建设之前就可以得到准确的模型建设，并对于具体的质量问题进行提前标注，减少其内部存在的结构问题。同时要加强监测系统的耐久性和实用性，在该方面主要是对监测系统的能源供应以及能源消耗方面进行提升，保证充足的能源供应，并且利用可持续发展能源，并且提高能源利用率，在监测方面可以达到长久的使用效果。并且在其监测意义方面要进行明确，找到具体的监测目标，并根据目标制定监测方案，如果对于全局信息进行监测，则会浪费较多的资源去监测一些无用信息，而无法真正达到专有目标监测效果，可能会由于疏忽而导致部分数据出现异常未被发现，最终造成损失。其次要加强各种技术的结合运用，以保障技术使用的稳定性和实用性，由于各技术发展已较为成熟，因此在使用过程中配合起来更加默契化，同时利用成熟的技术来带动其他技术的发展，也为技术的融合提供了一定的保障效果，促进技术的融合，有利于技术自身的不断发展和创新，使技术的未来发展方向更加明确，这不仅仅能够使技术使用效果更加良好化，而且具有更广阔的市场前景。因此在监测时要加强现代化技术、数字化技术、信息化技术等多方面技术的综合使用，对于系统的建设起到一定的帮助作用，使其系统建设更加完善化，并且使数据的计算更加高效，可以明确给出数据分析结果，以保障建设施工方向不会出现问题。

五、结束语

结合上文分析，在土木工程结构建设过程中还需要监测系统对其进行纠正，在该方面如果缺乏监测系统可能会造成重大的经济损失和质量不过关的情况。其次要对监测系统有明确的了解，才能够建设合理的监测系统，要通过监测系统的具体职能，特殊工作性能来进行优化，来使监测系统的监测工作更加完善，同时要对其未来进行展望，使监测系统可以在土木工程中发挥更大的作用，以保障其结构的健康。同时促进土木工程在我国市场经济中的进一步发展，产生更多的经济效益。
作者：吴天俊（1988年9月7日）男  籍贯：四川广安  职称：中级 研究方向：建筑结构检测鉴定、建筑结构加固设计、建筑结构健康监测

参考文献：

[1]向婧, 曹奔, 史家豪,等. 基于计算机的土木工程检测系统设计与应用[J]. 湖北农机化, 2019(18).

[2孙一丁. 土木工程结构设计中对抗震问题的分析[J]. 散装水泥, 2019(3).

[3]李敏. 浅谈土木工程结构设计与施工技术两者之间的关系[J]. 江西建材, 2018(1).

[4]王冀豪. 压电材料在土木工程结构健康检测中的实际应用研究[J]. 城市建筑, 2018(29):196-196.