健康監(jiān)測系統(tǒng)在隧道結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

張方 汪博 韓曉健

0 引言

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)(Structure Health Monitoring，SHM)是“用最少的人力來實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)自動、連續(xù)的監(jiān)測和觀察”。其具體做法是通過測量結(jié)構(gòu)在超常荷載前后的響應(yīng)來推斷結(jié)構(gòu)特性的變化，探測和評價結(jié)構(gòu)的損傷，或者通過持續(xù)監(jiān)測來發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的長期退化。對于土木工程結(jié)構(gòu)，健康監(jiān)測系統(tǒng)可監(jiān)測結(jié)構(gòu)在地震或者爆炸下的損傷，或者監(jiān)測結(jié)構(gòu)在周圍環(huán)境以及人的活動下的長期損傷。這些信息可以為結(jié)構(gòu)的安全評估提供重要參考，也可以用于結(jié)構(gòu)的維護以及其剩余壽命的評估。通過對大型橋梁、隧道工程的長期健康監(jiān)測和數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)，可以較全面地把握結(jié)構(gòu)服役全過程的受力與損傷演化規(guī)律并給出相應(yīng)的管養(yǎng)建議，是保障其服役安全的有效手段之一。

近年來無線傳感技術(shù)、計算機信息技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和橋梁隧道工程技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的飛速發(fā)展，健康監(jiān)測系統(tǒng)的思想和內(nèi)容也得到了進一步的拓展與增強。除了傳統(tǒng)的對于結(jié)構(gòu)荷載監(jiān)測外，將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與日常管理、設(shè)施維護和應(yīng)急處理等進行了深度整合，并且健康監(jiān)測系統(tǒng)在其核心——結(jié)構(gòu)安全，其內(nèi)涵與外延都得到了擴展。

目前健康監(jiān)測系統(tǒng)主要運用于橋梁結(jié)構(gòu)，雖然大型隧道結(jié)構(gòu)與大型橋梁在交通中擁有同樣的地位，但限于隧道結(jié)構(gòu)的特點，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)還是具有一定的局限性，本文提供了一些解決的思路可供參考。

1 健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

健康監(jiān)測技術(shù)最早起源于航空航天領(lǐng)域，最初的主要目的是用結(jié)構(gòu)的載荷監(jiān)測。……