简述土木工程结构健康监测
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对于重大的土木结 构在 遭受地震 、 爆炸和 洪水等 自然 或人为 进 行数 据分析和处理 ( 去噪 、 放大 等) 。
灾害时的安全 问题 , 结构健康监测显得尤其必要。都江堰在 5・ 1 2 结构 的性 能 , 合理并准确地评估其 的损伤位 置和程度 、 维修 方案 , 居 民, 保障其服务区的正常生活具有十分重要的意义。
多的建筑物达不到其设计寿命 。
处理设备 , 利用传感器 采集信 号 , 如频 率 、 振型、 位移、 温 度等 , 并 3 ) 通讯 系统 。将采 集到 并经处 理后 的数据 信号 传送 到智 能 4 ) 监控 中心和报警设备 。使用各 种软硬件 , 对接 收到的数据 建筑物的健康状况作出评估 , 如发现异常 , 发出报警信号 。
研究 热点。
汶川地震后 , 必须马上 对其 的安全 状况进 行监 测评估 , 实 时检验 诊断 中心。 以及是否 能够 正常运 营做出准确 的决断 , 这对 于合理疏 散附近 的 进行分析 , 包括结构是否损伤 , 损伤程度 以及 位置 等 , 从 而对所 测 因此 , 结构健康监测系统是 目前 国内外 土木工程 领域的一 大 3 结构 监 测方 法及优 缺点 按检测 目标划分 , 结构损 伤检 测技 术 主要 为两大 类 : 整 体和
算 的广泛应用 和发展 , 极大 地推 动了信号 处理 的智能 化发 展 , 这
种技术 可以满足 大型复杂结构 的需要 。
整体检测是基于结构振动的损伤识 别 , 它致 力 于评估整 体结 构的状态 , 间歇 或连续 , 确 定损伤 可能存 在 的部 位。整体 检 测方 法主要采用动力指纹法 , 神经网络方法 , 遗传算法等 。
局部检测 。
1 结构 健康 监测概 述
结构 的特 征分 析( 如结构响应 ) , 实现检测结构损伤 、 退 化的 目的。
结构健康监测主要用于现场无损检测技术 领域 的方 法 , 对结 构 的某 个特定 组件 基本思想是通过监测建筑结构在荷载作用前 后的变化 , 推断结 构 进行检测 , 查找缺 陷的位 置。主要采 用 目测法 , 回弹 法 , 超声 波 , 响应 的变化 , 以此 实现结 构的损 伤评估 等级 , 或者 对结构 进行 长 光学干涉法 , 声发射等技 术 , 这些技术 通常是几个 联合 起来使 用 , 期监测 , 及 时发 现结构物 的微小变化 。 主要内容包括 : 1 ) 载荷 识别 : 主要是 风荷 载 , 地 震作 用 , 温度
等方面进行 了论述 , 并结合 国内外应 用结构健康监测的工程案例进行 了研究 , 最后对土木工程结构健康监测未来 的发展方 向进行
了展 望 。
关键词 : 土木 工程 , 结构 , 健康监测 , 损伤 诊断 中图分类号 : T U 3 1 7 文献标识 码 : A
大型土木工程和基础设施 , 如超高层建筑 、 桥梁 、 大跨 度空间 置传感器 主要考虑两方 面的因素 : a . 在覆盖 所有待测 物理 量 的基
结构 、 核 电站 、 大型水坝 , 在 它们的服务 期限 中, 由 于环 境载荷 、 疲 础上 , 尽可能减少传感器的数量 ; b . 主要涉及采 集信 号的精度 , 降 信号精度应能满足后续数据分析的需要 。 劳、 腐蚀和材料 老化 等不利 因素 的影响 , 无 法避免地 , 结构将 产生 低外界 的影 响和干扰 , 2 ) 数据采集和 处理系 统。在待 测结构 中安装 数 据的采 集和 损伤并累积 , 结构 的抵抗力 降低 , 甚至遭受 意外事故 , 导致越来 越
去检测结构是 否存在裂缝 、 联结松动 、 锈蚀 等工 程隐患。
但是 , 局部 无损 检测 同时也 存在 不足之处 : 1 ) 需 要提前 预知 作用和车辆荷载 ; 2 ) 几 何监 测 : 主 要监测 结 构在 静态 下 的位 移 ; 结构损伤的大概位 置和损伤的程度 ; 2 ) 结构 的某些部分 是难 以达 3 ) 结构 的静态和动态反应 , 如应力应变 , 加速度 , 频率等。 到的 , 尤其是对大型复杂 结构进 行损 伤检测 是不 太现 实的 ; 3 ) 这 结构健康监测技术 的发展主要分为三个 阶段 : 1 ) 以结构监测 种方法主要借助人工 检测 , 这就 要求 在进行 结构 检测 的过 程 中 , 领域专家 的感官和专业经验为 中心 , 只能对数据 信息进行 简单 的 中止生产经营活动 , 必然 造成 一定 的经济 损失 ; 4) 不 能实 现实 时 诊断处理 ; 2 ) 采用传 感器 和动态测 试技术 为基本 手段 , 对信 号建 连 续 监 控 。 模分析 , 近年来这种方法广 泛地应 用在工 程实 践 中; 3 ) 计算 机计 3 . 2 整 体 检 测
简 述 土 木 工 程 结 构 健 康 监 测
秦 乐
( 山西省城 乡规划设计研究院工程设计 中心 , 山西 太原 0 3 0 0 0 1 )
摘
要: 从分析土 木工程 的现状着手 , 讲 述了建筑物健康监测 的必要性 , 分 别从健康监 测的定义 、 诊 断方 法、 监 测 目标 和发展 历程
第4 1 卷 第 9期
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2 0 1 5年 3 月
山 西 建 筑
S HAN XI ARC HI T E C T URE
Vo 1 . 4I N o . 9 Ma r . 2 0 1 5
文章编号 : 1 0 0 9 - 6 8 2 5 ( 2 0 1 5 ) 0 9 - 0 0 4 6 - 0 2
动力指纹 的基本思想是假定有一 系列的损 伤 , 包 括损伤 机理
目前 , 结构 的损伤划分为 四个等级 : 等级 一 : 判定是否有 损伤 ; 等级 二 : 基 于等级 一 , 确定 损伤 的 位置; 等级三 : 基 于等 级二 , 判 定损 伤 的程 度 ; 等级四: 基 于等 级 三, 对结构 的剩余寿命评估预测 。