土木工程中的结构健康监测

土木工程结构健康监测技术的应用及展望

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。因此，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。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。

关键词：土木工程结构；健康监测技术；应用

引言

土木工程结构健康监测技术正处在蓬勃发展的时期，尤其在大型复杂结构监测方面，监测设备和监测方法不断更新。随着工程实践经验的积累和监测技术的进步，结构健康监测技术将为结构全生命周期的安全性提供更有力的保障。

1土木工程结构健康监测技术存在的问题

（1）如何从全测点中挑选出最重要的测点，是结构健康监测技术应用中需要解决的基本问题。测点应能够获得结构整体响应和关键部位局部响应的完整的信息，在此基础上，测点的数量应尽量少，以减少资金投入，从而获得良好的经济效益。因此，科研人员和工程人员需要对不同结构体系特点的监测传感器持续开展优化布置研究工作。（2）传感器测量物理力学数值的精度、抗外界环境干扰能力和信号无线传输能力有待提高。目前，传感器元件对安装的要求较高。传感器元件抗自然环境腐蚀侵蚀的能力较差，它的正常使用寿命远低于结构的使用寿命，中途更换代价高。另外，传感器元件抗外界干扰能力较低，信号中掺杂大量的噪声成分，尤其是在无线传输过程中，信号质量受外界影响更严重，这给数据处理带来了很大困难。因此，科研人员和工程人员需要进一步研究传感器元件的性能。（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，从施工建造阶段到建筑的使用阶段，监测设备会产生大量的数据。一方面，工作人员需要通过清洗原始数据得到有效数据；另一方面，为应对数据缺失的情况，工作人员需要深入分析已有数据，通过可靠的推演理论和算法来获得结构的性能状况。因此，数据简化和挖掘技术仍是后续研究的重点之一。（4）健康监测系统的智能化评估水平有待提高。健康监测是一个全局性工程，大到整体结构的振动机制、温度效应，小到结构构件的损伤，都需要从结构的安全性和可靠性出发进行评估。在未来，随着监控参数的进一步增加，分析部分参数远远不能满足复杂的建筑健康状况评价要求。因此，融合大数据的智能化评估系统是今后研究的方向之一。（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的应用发展非常迅速。可视化技术能够将建筑信息高度集成，可以直观地表现健康监测系统的分析结果，它为健康监测系统与操作人员、监控人员之间的信息交互提供了高效媒介。因此，可视化技术和健康监测技术的高度融合是今后土木工程结构健康监测技术的发展方向之一。（6）健康监测相关规范体系不完善。与桥梁结构相比，高层超高层、大跨复杂空间结构方面的监测规范还很欠缺，从监测设备的选用、监测数据的获取到数据处理及性能评估，都缺少统一的标准。随着监测技术的不断发展，监测设备和监测方法不断的革新，具有指导意义的规范仍是技术持续发展的有力保障。因此，及时编制相关规范是健康监测行业重要的工作之一。

第２２卷第３期　２００２年６月　地震工程与工程振动　ＥＡｒｔＴＨＱＵＡＫＥ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．２２．Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．，２ｏ０２　

文章编号：１０００—１３０１（２００２）０３—００８２—０９　

土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评　

李宏男，李东升　

（大连理工大学．辽宁大连１１６０２４）　

摘要：阐述了土木工程结构的安全性评估、健康监测及损伤诊断的必要性和迫切性，系统论述了结构　健康监测和诊断的概念、理论和方法，重点讨论了传感器的优化布置、损伤识别等健康监测中的关键　问题，介绍了光纤等新型传感器的应用情况，最后指出了值得进一步研究的问题。　关键词：土木工程结构；安全性评估；健康监测；损伤诊断　中图分类号：Ｐ３１５．９５　文献标识码：Ａ　

Ｓａｆｅｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄａｍａｇｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｆｏｒ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｃｉｖｉｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

ＬＩ　Ｈｏｎｇ—ｎａｉｌ，ＬＩ　Ｄｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ　（Ｄａｌｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄ￣ｉａｎ　１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｒｇｅｎｃｙ　ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｓａｆｅｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄａｍａｇｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｉｎ　ｃｉｖｉｌ　

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｔｈｅｏｒｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｓｅｖｅｒａｌ　ｋｅｙ　ｉｓｓｕｅｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｅｎｓｏｒ　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｄａｍａｇｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｅｗｌｙ　ｅｍｅｒｇｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｓｅｎ—　ｓｏｐｓ　ｅｔｃ．ａｒｅ　ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｏｒｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅｓｅ　ａｓｐｅｃｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｉｖｉｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓａｆｅｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄａｍａｇｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　

收稿日期:2002204210;修回日期:2002205202 基金项目:辽宁省建设厅科技项目(02-001)

作者简介:李宏男(1957-)男,大连理工大学土木工程学院长江学者特聘教授,主要从事结构抗震研究工作.文章编号:100021301(2002)0320082209

土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评

李宏男,李东升

(大连理工大学,辽宁大连116024)

摘要:阐述了土木工程结构的安全性评估、健康监测及损伤诊断的必要性和迫切性,系统论述了结构

健康监测和诊断的概念、理论和方法,重点讨论了传感器的优化布置、损伤识别等健康监测中的关键

问题,介绍了光纤等新型传感器的应用情况,最后指出了值得进一步研究的问题。

关键词:土木工程结构;安全性评估;健康监测;损伤诊断

中图分类号:P315.95 文献标识码:A

Safetyassessment,healthmonitoringanddamagediagnosisfor

structuresincivilengineering

LIHong2nan,LIDong2sheng

(DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract:Thenecessityandtheurgencytoconductsafetyassessment,healthmonitoringanddamagediagnosisincivil

engineeringareintroduced.Theconcepts,theoriesandmethodsarepresentedsystematically.Severalkeyissuesrelatedto

healthmonitoring,suchasoptimalsensorplacement,damageidentificationandnewlyemergingsensorsopticalfibersen2

土木工程结构健康监测与维护技术

随着城市化进程的推进，城市建筑物的数量和高度不断增加，土木工程的安全性和耐久性成为了一个备受关注的问题。为了确保土木工程的稳定性，结构健康监测技术应运而生。该技术通过不断地监控土木工程的结构变化，及时揭示出潜在问题并进行处理，从而保障工程的安全运行。本文将探讨土木工程结构健康监测与维护技术。

一、土木工程结构健康监测技术的意义

土木工程是一个复杂的系统，不仅需要考虑建设阶段的工程质量，也需要考虑工程使用阶段的安全和耐久性。然而，在土木工程的使用过程中，可能会发生各种各样的情况，例如结构变形、裂缝及松动现象。这些都有可能会导致土木工程的安全问题。因此，及时地监测土木工程的结构变化并进行有效的维护工作，是非常有必要的。

土木工程结构健康监测技术的意义之一，就是能够实现土木工程的长期安全运行。它可以帮助我们及时了解工程结构的状况，发现问题并进行针对性的维护措施，避免事故的发生，维护公共建设的安全运行。这也是保障社会稳定的重要一环。

其次，土木工程结构健康监测技术的实施能够节约资源。如果仅仅使用传统方法对土木工程进行维护，往往会造成很大的浪费。而通过结构健康监测技术，我们可以更加准确地掌握工程状况，选用更加精准、有效的维护措施，使得修缮工程更加精准、专业化，避免浪费现象的发生。在这个过程中，也可以更好地保障资源的可持续利用。

二、土木工程结构健康监测技术的实施方法

土木工程结构健康监测技术包括两大类：现场监测和在线监测。现场监测主要是通过在工程现场设置相应的监测仪器，对结构变化进行实际检测和分析，例如温度、裂缝等，以实现状态的监测。而在线监测，则是通过网络连接，实时在线地监测结构变化的情况。具体的实施方法不尽相同，根据具体情况选择灵活使用，如重点监测关键部位、出现异常情况时做出及时反应等。

从技术角度来看，在进行土木工程结构健康监测的时候涉及的技术非常多，从传感器到数据的分析、预测，甚至到人工智能的应用。另外，这个过程也离不开较为完善的监测平台，这些设备和平台有机地结合在一起，才能使得我们更加全面、精确地掌握土木工程的状况。