土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评

冯玉凯

（天津市东滨商品砼有限公司，天津 300240）

1 几个基本概念

1.1 安全评估

通过一些测试手段对土木工程建筑进行安全检测，通过技术手段对建筑物的安全等级进行可靠性评估。

1.2 建筑健康

通过检测对土木工程的各项指标进行分析，确定建筑的各项指标符合设计要求这样的建筑可以定为健康建筑。

1.3 健康监测

土木工程在使用过程中由于会受到各种损伤，所以在使用过程中会受到不同程度的破坏，健康监测是利用一些先进的监测手段，比如无损检测等手段对建筑的安全性进行监测的一种方法。

1.4 健康诊断

健康诊断是由于建筑物受到损伤以后，通过对建筑的各项指标的检测来检查分析就按照的损坏程度，对建筑的安全性进行分析诊断从而判断建筑的使用价值的一种方法。

2 健康监测系统的组成

在建筑的健康诊断的基础上可以对建筑的结构安全性做出判断，在建筑的监测系统中健康诊断是其中的一小部分工作，没有健康监测系统的建筑，需要在建筑的关键部位安装一些传感器来尽心建筑的健康测量工作。健康监测系统包括以下组成部分：

1） 传感系统包括一些穿管器和测量器械；2） 采集数据分和分析数据系统，由计算机软件进行分析；3） 监控设备可以随时监控建筑的各种指标，健康监控系统通过传感器采集的信息，进行计算机软件分析从而对建筑的使用和受到损害情况进行实时的监控，可以有效地控制建筑的安全事故的发生，杜绝发生重大的建筑事故。

3 传感系统

3.1 传感器

传统的传感器很多但是这些传感器都已经在技术上比较落后了，很多都是模拟电路的结构没有智能功能，所以现在这些比较老旧的传感器基本处于被淘汰状态。

现在新型的智能传感器有光线传感器、压电传感器和电磁传感器等。光电传感器由于其自身的优势的到了广大用户的喜爱，所以应用范围比较广泛。

光纤传感器按照结构和用途可分为本征型和非本征型，非本征型的光纤传感器没有本征型的光线传感器好用，所以现在具体应用中基本上处在淘汰的状态，还有的传感器在检测中，不会受到光的影响和环境的干扰，测量的范围只收到光谱的限制，测量的分辨率比较高可以实现多参数的测量，所以在实际应用中得到广泛追捧。传感器在实际应用中有测量应变、位移和温度等不同作用，比如在隧道工程中可以采用光线传感器对大体积混凝土进行无损检测，通过传感器对温度的检测可以防止大体积混凝土出现裂纹现象。我国的三峡工程也在钢索的预制中利用光纤传感器进行钢所的应力和变形检测，科学家通过实验发明了光纤传感器的结构安装使用方法，把光纤传感器和计量装置安装在建筑的关键部位上，用于对建筑的实施安全检测工作。

还有一些特殊的传感器可以用于检测混凝土的各种化学变化，比如各种酸碱盐的侵蚀作用，采用耗散波普传感器，可以进行ph 值的变换分析，这种测量方法可以测量建筑的老化过程，将磁伸缩传感器和电脑连接可以检测铝结构的裂纹，选择合适的电子元件，可以和标准的电脑接头相配合，不用使用外部电源、放大器等设备。

还有一些比较特殊的传感器，比如损伤指数传感器，这个传感器可加测无线电峰值，可以检测无线缝制和位移，反映建筑的累积形变。记忆损伤的检测可以体现在传感器温度的变化上，通过超声波转化为可视图像。

3.2 传感器的布置

由于经济和结构的原因，有的地方不可能安防传感器，所以就出现了传感器的安置问题，现在工程中经常采取的方法有：模态动能法，通过观察选择一些振幅比较大的点它会依赖网格划分根据动能原理，催生出很多方法，这些方法使控制器和结构之间可以传递能量，根据控制率使剩余模态影响降低。清华大学在青马大桥的检测中利用遗传算法，寻找到了最佳位置，使测点远离阵型节点。

4 无损检测

无损检测可以分为两种：局部和整体。整体法要对整体结构进行评价，局部法依靠无损检测技术对结构进行局部检测，判断工程的局部损伤程度，整体和局部无损检测法结合使用会产生很好地效果。整体检测法：整体检测法有指纹分析法、模型修正法和系统识别法等方法组成。指纹分析法是根据经验如果结构发生损伤那么解雇的参数和指标一定会发生变化，所以就可以引发动力指纹的变化，常见的动力指纹有频率、振型、应变模式、频率指数等很多方面，生鲜建立与动力指纹相应的一些数据库，然后将发生损伤的指纹进行比较，就可以进行损伤识别，这类方法的缺点是蜜柑星不高，所以很难和数据库进行比较，一些科学家采用了很多数学方法进行研究，最后通过建立能量分布与损伤之间的关系，利用模式识别方法爱进行损伤检测。

5 信号采集和分析

信号采集和分析是检测系统比较重要的环节，目前国内外都在研发这个系统的电脑软件，清华大学研究的软件比较先进，设计了一套用于检测结构损伤的检测系统，安装在建筑结构上用于无线电监测使用。

6 健康监测和诊断系统的应用

建筑检测系统的成本很高，所以我国只有一些比较重要的工程才会安装健康监测系统，在国外建筑检测系统的安装比较普遍，一些大型混凝土工程和高层建筑都有检测系统，通过建筑检测系统可以实时的检测建筑的安全指数，避免一些恶性事故的发生。

7 结语

土木工程的安全性评估和健康检测工作，对于工程建筑来说是一项比较重要的工作，随着高科技的发展，建筑的检测工作在智能传感器的推动下有了很大的提高，通过对建筑的健康检测避免了一些安全事故的发生保证了工程建筑的安全使用。