土木工程结构健康监测技术的应用及展望

杜建刚

摘要：结构健康监测是通过测试设备获取构件的应力应变和结构的整体变形及振动响应，通过数据分析获得结构的现有性能，并评估结构未来的健康状态。结构健康监测系统实时监测结构的响应。一方面监测结构在突发荷载作用下的承载能力极限，另一方面监测结构在长期累积损伤作用下的正常使用极限，从而完成监测结构在整个生命周期内安全性能的任务。

关键词：土木工程结构;健康监测技术;应用期待分析研究

1结构健康监测技术

结构健康检测技术是通过对土木工程结构整体特征的健全基础和综合分析，判断土木工程结构损伤的具体位置和程度。结构健康检测技术适用于各类结构的监测，尤其是土木工程。对于土木工程结构，结构监测技术可以实时检测结构在严重损伤或灾害下的损伤，并监测结构在长期损伤或整个环境变化下的损伤。最后，结构监测的具体信息可以作为未来结构监测程度标准的参考。更重要的是，可以获得结构的残值。

2结构健康监测技术在土木工程中的应用

2.1红外热像监测技术的应用

红外热成像监测技术的应用是一个利用红外热成像原理的系统，应用红外热成像技术检测工程结构物的整体情况是自由热线或物体，从而形成一个热状图形，不仅可以直接反映材料的含量，也可以根据结构的状态监测结构的许多缺陷和问题。红外热像监测技术应用的最大优点是不需要与被测物体直接接触，在整体技术上具有更大的随机性。它可以任意应用，无论是上下还是左右，并且可以随时随地扫描检测到的对象。红外热图像监测技术适用于非接触、宽范围的无损检测，还有一个重要特点是不拾取时间，昼夜均可监测，现有的无损检测技术在功能和效果上有很好的互补性，相对自由的是广泛的，该技术在国外取得了很大的成就。

2.2电阻应变片法的应用

电阻应变片法的应用也是近年来出现的一种监测方法。与红外热像监测技术相比，该方法有一定的局限性，但也有很大的优势。例如，电阻应变片法适合于短期监测，价格非常低廉，可以在很大程度上节约成本，保证财务预算，使用方法相对简单，易于操作。随着我国经济的快速发展和科学技术的不断更新，这种电阻应变片方法的持续应用越来越广泛，其优势和优势可以得到更好的发挥。相信未来的应用会更加扎实，应用策略的使用会更加方便。

2.3超声波检测方法的应用

早在20世纪60年代，国外科学家就已经能够将这种超声波检测方法应用于混凝土中，它也是超声波检测方法的先驱。其工作原理是通过超声波监视器的波形来显示25Hz声转换器的形状和频率。检测并分析超声波在结构中传播的具体情况，如传播速度、频率、接收信号的程度，并将这些检测数据有机地结合在一起，观察其规律和变化，最后形成判断，即混凝土缺陷。

2.4云纹法的应用

云纹法也是一种新的结构健康监测方法，在整个运行过程中较为复杂，但可以得到更完整的结论。云纹法和阴影云纹法是可以应用于土木工程结构健康监测技术中的两种主要方法，应用条件苛刻，但应从技术角度加以完善，找到更好的方向和内涵，让云纹法的应用条件得到改善，确保其对未来的结构健康监测具有价值。

2.5振动法的应用

振动法使用振动测量传感器阵列获取信号，然后测量和分析收集的信息进行比较，比较受损参数和未受损参数之间的差异，并评估结构的当前状态。振动法的内容非常广泛，相信在未来的应用过程中会得到更多的理论和实践结果。

3结果健康监测技术存在的问题及展望

（1） 如何从整个测量点中选择最重要的测量点是结构健康监测技术应用中需要解决的基本问题。测量点应能获得结构整体响应和关键部件局部响应的完整信息。在此基础上，尽量减少测量点的数量，以减少投资，获得良好的经济效益。因此，研究人员和工程师需要继续对具有不同结构系统特性的监测传感器的布置进行优化研究。

（2） 传感器物理力学值的测量精度、外部环境的抗干扰能力和信号的无线传输能力有待提高。目前，传感器组件的安装要求很高。传感器组件抗自然環境腐蚀能力差，正常使用寿命远低于结构使用寿命，更换成本高。此外，传感器组件抵抗外部干扰的能力较低，信号中混合了大量噪声组件。尤其是在无线传输过程中，外部环境对信号质量的影响更为严重，给数据处理带来了很大的困难。因此，研究人员和工程师需要进一步研究传感器组件的性能。

（3） 健康监测数据的处理技术有待进一步研究。健康监测是一个长期的过程，从施工阶段到建筑物的使用，监测设备都会产生大量的数据。一方面，工人需要通过清理原始数据来获取有效数据;另一方面，为了应对数据缺失的情况，工作人员需要对现有数据进行深入分析，通过可靠的推理理论和算法，获得结构的性能状态。因此，数据简化和挖掘技术仍然是后续研究的重点之一。

（4） 健康监测系统的智能评估水平有待提高。健康监测是一个全球性项目。从整个结构的振动机理和温度效应到结构构件的损伤，有必要对结构的安全性和可靠性进行评估。未来，随着监测参数的进一步增加，一些参数的分析已远远不能满足复杂建筑健康状况评价的要求。因此，集成大数据的智能评估系统是未来的研究方向之一。

（5） 可视化技术在健康监测系统中的应用不足。可视化技术在建筑工程领域发展迅速。可视化技术可以高度集成建筑信息，直观地表达健康监测系统的分析结果。它为健康监测系统、操作员和监测人员之间的信息交互提供了有效的媒介。因此，可视化技术与健康监测技术的高度集成是未来土木工程结构健康监测技术的发展方向之一。

4结论

土木工程结构健康监测技术是一个新兴产业，我国的研究和发展还处于起步阶段，许多研究方法还存在问题。因此，在未来的发展过程中，土木工程结构监测技术应更加完善，与时俱进，针对不同的问题提出不同的解决方案，并选择最佳方案，以确保土木工程的稳固稳定。土木工程对人类的生存和发展起着重要作用。确保土木工程安全就是确保人民生命财产安全。因此，结构健康监测技术在土木工程中的应用对于保证土木工程的长期稳定发展更为重要。

参考文献

[1]张泽宇.基于监测的空间钢结构健康状态评价体系研究[D].浙江大学，2017.