略析结构健康监测技术在土木工程中的应用

李金拢

摘要：土木工程的结构健康监测技术是一门新兴产业，在我国的研究和发展还处于起步的阶段，在很多的研究方式上还存在问题。本文对该技术及其应用进行分析。

关键词：结构健康监测技术;土木工程;策略;

土木工程对人类的生存和发展起着重要作用，保证土木工程的安全，就是保证人民的生命财产安全，因此，结构健康监测技术在土木工程上的应用就更显得的无比重要，保证土木工程的长期、稳定发展。

1结构健康监测技术综述

1.1结构健康监测技术

结构健康检测技术是通过得到的响声依据，并根据整体的特征综合分析，去判断土木工程结构受到损伤的具体位置和损伤程度如何。结构健康检测技术适用于所有类别结构的监测，尤其可针对土木工程这一大项，对土木工程结构来说，结构监测技术可检测结构在严重破坏、灾难下的实时损伤，监测结构在长时间认为破坏或整个大环境变化下的损伤。

1.2结构健康监测技术的构成

结构健康检测技术有4个子系统，四个部分通过网络进行联系：第一，传感器系统，包括各种感应儀器、信号放大处理器及连接介面等，可将未监测物理量转变为电信号;第二，信息采集与处理系统，用于采集信息和将数据完整存储设备，一般在还未监测的结构中，对整体的数据进行初步处理;第三，信息通信与传输系，是与网络系统连接的关键，除了最重要的操作系统平台，还有安全监测网络。以便将整体采集的信息数据整合到一起，传输到监测中心;第四，信息分析和监控系统，这个子系统是比较高级别的，通过高级性能的计算机安装分析测量软件，将数据传输到软件中，科学系统地进行数据分析，并完成最终的损伤判断，基本可定位损伤的程度、类别和具体位置，还能有效监测结构当前状态，一旦健康出现问题，可以及时预警。

1.3结构健康监测技术存在的问题

结构健康监测技术已根据不同的问题，进行多次的完善与创新。现阶段，结构健康监测技术还存在以下几个问题：第一，对结构健康状态的评价缺乏通用有效的损伤量化指标，结构的自振率可准确测量，但自振频率对局部损伤不敏感;第二，由于大型土木工程结构都是复杂非线性系统，方法有局限性;第三，成本较大，信号线老化影响信号采集;第四，土木工程的结构监测技术设计与开发缺乏统一的标准。

1.4结构健康监测技术在土木工程开展的必要性

对我国来说，土木工程难度很大，工程技术发展的很快，施工难度与施工技术都极为复杂，土木工程结构与其他普通的结构相比，不论是起始的勘察阶段，还是整个设计和施工阶段都充满了不确定性与复杂性，这种复杂性使土木工程结构相对处于不稳定状态，随时有可能会产生严重的问题和损伤，长期可能会引起灾难性事故，因此，一个结构健康监测技术的开展对我国土木工程现状来说，很有必要。

2结构健康监测技术在土木工程上的应用情况

2.1国外结构健康监测技术在土木工程上的应用情况

结构健康监测技术在国外的应用时间早、范围广。除在跨桥梁等方面的应用外，还广泛地应用在新时期的高层建筑等领域。美国在1994年就研制出监测公路面的仪器，德国和瑞典都已形成相对完善的理论，适用于永久检测土木工程结构，让土木工程结构更加稳定，取得了领先地位。

2.2国内结构健康检测技术在土木工程的应用情况

我国的结构健康监测技术尽管起步较晚，但进步很快，随着时代的发展不断改进方式方法。如虎门大桥，作为重要的交通枢纽口，虎门大桥一直是比较特殊的存在，不但地理位置特殊，所处经纬带也是灾难多发区，要全面系统地考虑桥梁的安全问题。相关部门对此问题也很重视，共同研制出适用于虎门大桥的结构健康监测系统，该系统的有效实施，使虎门大桥的结构更加稳定、坚实，保证了最基本的安全，继续为交通作出贡献。

3结构健康监测技术在土木工程上的技术应用

3.1红外热像监测技术应用

红外热像监测技术的应用是比较系统的，利用了红外热像原理，应用红外热像技术去检测所检测的工程结构或物体的整体释放热线情况，从而形成一张热像图，不但能很直接的反应出材料的内容，还能根据结构物和结构的状态监测出很多缺陷与问题。红外热像监测技术应用最大的优势就是可不用直接与被检测物接触，在整体技术上具有较随意性，无论上下还是左右都能任意应用，可对被检测物进行随时随地的扫描。红外热像监测技术适用于非接触、范围广阔的无损检测，还有一个重要的特点就是不挑时间，白天和晚上都可以进行监测，对已有无损检测技术的功能和效果具有很好的互补性，这项技术应用上比较自由广泛，在国外已取得了很大的成就。

3.2电阻应变片法应用

电阻应变片法的应用也是在近些年兴起的一种监测方式，这种方式相对比红外热像监测技术来说还有一定的局限性，但其自身还存在很大的优势的。如电阻应变片法适用于短期监测，价格也很低廉，能在很大程度上节省成本，保证财务预算，使用方法也比较简单，容易操作。我国的经济发展速度较快，科技也在日益更新，这种电阻应变片法不断的应用就更加宽泛，优点和长处也能得到更好地发挥。

3.3超声检测法应用

超声检测法的应用历时已久，早在20世纪60年代，国外的科学家就已能在混凝土中应用这种超声检测法，也是超声检测法的开创者。其运行原理是通过超声波监测仪的波形去显示形状及频率为25赫兹的声波转换器。来探测和分析超声波在结构中的传播具体形势，如传播速度、频率、接受信号程度等，并将探测到的这些数据有机地整合一起，观察其规律和变化，最终形成判断，即混凝土的具体缺陷。我国根据自身特点，对超声法进行了创新，让超声法可以穿透较远的距离，且非常安全方便。

3.4云纹法的应用

云纹法也是近年来新兴起的一种结构健康监测方法，整体运行的过程比较复杂，但却能得到较为完整的结论。云纹法和阴影云纹法是可以运用在结构健康监测技术上的关于土木工程的两种主要方法，不过应用条件较为苛刻，要从技术的角度加以完善，找到更好的方向与内涵，让云纹法的应用条件有所改善，保证日后对结构健康监测具有价值。

3.5振动法应用

振动在力学中是常见现象，各国学者已能形成一套完善的振动理论，应用于实际中。同时，土木工程上的振动也是最普遍的现象之一，学者积极运用土木工程振动理论，振动法作为基本方法的土木工程结构监测技术也随之出现。振动法利用了振动测量传感器阵列获取信号后，对收集到的信息进行测量和分析，以便作比较，对比损伤参数和未损伤参数的差异，评估该结构目前的状态。振动法的内容十分广泛，相信在日后的应用过程中，一定会取得更多理论和实际上的成果。

4结语

在日后的发展过程中，对土木工程的结构监测技术要更加完善，与时俱进，根据不同问题提出不同的解决办法，并选择最优的一种，来保证土木工程的坚固与稳定。

参考文献：

[1] 李宏男，高东伟，伊廷华.土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J].力学进展，2013（12）

[2] 伏焕昌，王翰翔，黄良辉.土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J].现代装饰（理论），2014（7）