土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評

【摘要】 基于我國當前的經濟發展，土木工程建筑數量加劇，對于其在建設施工和后續結構的檢測還比較的缺乏。安全系數的高低是制約其發展的關鍵因素。本文就針對土木工程結構，闡述其在結構安全評估上的細則、健康檢測和診斷方法，并對關鍵領域進行系統的論述，尤其是關鍵的傳感設備的介紹。

【關鍵詞】 土木工程結構 安全性評估 健康監測 診斷

引言

作為經濟飛速發展的中國而言，安全平穩的經濟建設十分的關鍵。在實際生產、生活中對土木建筑進行有效合理的結構安全評估、結構檢測以及診斷等一系列的安全手段，進而加強其在實際生活、生產中的安全使用。我國在土木建筑結構的安全手段還比較的欠缺，是個比較新興的技術產業，諸如該領域對于光纖和電壓技術的植入還比較的缺乏，處于剛發展的初級階段。因而，極大的發展該領域對我國經濟建設有著重要的價值意義。

1.土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評

1.1安全性評估。其是指利用一定的設備和技術對土木建筑進行檢測，進而了解其在實際使用中的各個結構的工作情況，依據安全狀態下的理論數據進行對比，進而對其測量進行安全評估。這對于土木工程來說，可以及時地了解其在使用當中的安全狀況，并設置相應的安全等級，加強其安全管制。

其實對于一個土木結構的安全評估是一項復雜、繁瑣的系統工作。其在形成有效的評估報告之前，要依據整體結構性能進行合理分析。再基于土木結構在實際的潛在危險和其損傷情況進行系統的分析和評估。再依據該行業制定的危險等級指數做出定量的安全等級情況反饋信息，根據反饋信息的定量評估數值形成一定的評估報告。這樣就可以根據評估報告制定相應的等級預警機制，采取有效的防范措施和對策。對于土木結構的評估，一般著重于其結構內部損傷、混凝土結構的裂縫和下撓等的關鍵結構病害的評估。在評估報告之中要做到分支評估也要做到綜合所有風險和病害的評估，這樣才能形成合理有效的結構評估數據。

1.2土木結構的健康診斷。在實際的使用當中，其可能遇到自然災害、長時間的使用材質性能自然衰減等因素的影響。從而，進行一定的安全診斷，檢測結構的各項安全指標。詳細地了解其在使用中，結構損壞情況，損壞的具體部位在哪里，諸如進行有效的診斷時，發現結構存在大量的裂縫，這樣就可以很好的定位裂縫發生在什么部位，進行風險排除，增加其在實際使用中的安全系數。因此，對土木建筑進行有效的安全診斷是對土木結構檢測最普遍，也是效果比較顯著的手段。更基于其在實際的操作中，其還有成本低等諸多實際價值。

1.3健康監測。健康檢測就是土木結構從施工到竣工的后期檢測，了解其在使用當中的結構損傷情況。該種檢測手段一般依托于一些高科技設備進行，在實際的使用中，還存在諸多的問題。下面就著重評述健康監測，論述其在運用當中，常用的技術手段及技術創新。

1.3.1神經網絡的方法。該種監測方法不需要對結構的諸多物理特性的檢測，只需要進行損傷的參數的合理設置，基于計算機技術建立相應的映射，形成完整的結構模型圖。該種方法可以適應線性和非線性下的各種復雜土木結構的監測。其能避開外界的不利干擾，進行數據的建立。諸如外界的噪聲、風速、下雨都不可能對其造成本質的影響。然而，在基于該法的實際檢測中，面臨數據庫過于龐大、復雜，在建立數據映射時工作量巨大。隨著檢測的不斷深入，數據映射也需要一定的優化處理，這樣才能建立更加完善的機構擬合模型。

1.3.2光纖傳感的方法。該種方法是基于目前發展迅速的光纖發展而來的。光纖依托其具有高效率的數據傳輸功能而備受該領域的青睞。該方法利用先進的光纖傳感器，將其植入到土木結構之中。光纖傳感器在檢測之中，其對壓力的靈敏度極高，會依據結構的內部情況和裂縫等形成精準的數據反饋，經過數據處理。這樣可以準確的定位內部結構損傷情況，定位具體的損傷部位。和傳統的監測方法相比，精準度高、操作方便等優點。但是，該種方法還處于比較前沿的技術，其在實際的使用當中面臨成本過高的諸多弊端。

1.3.3電壓傳感方法。隨著電氣化的進程加劇，基于電壓感應產生的傳感技術也開始新興于土木結構的檢測之中。該種方法依托于先進的電壓傳感應器。在實際的運用之中，同樣在結構建設之時，植入結構內部。其能夠感知結構的受力等諸多潛在病害。當有一定的結構損傷時，變化的結構受力對電壓感應器造成擠壓。一經擠壓的電壓感應器就會在電器設備端形成一定的電位差，產生的電位波傳輸到數據處理處。依據電位變化的大小可以準確的知道損傷的程度和損傷的具體部位，對后續的結構維護和檢測提供具有價值的數據。

2.檢測設備的介紹和具體鋪設問題

在這一系列的安全檢測過程之中，數據反饋的形成中心的傳感器鋪設是十分的關鍵。傳感器是一種能夠感受被測實物并能在測量之中形成數據反饋傳輸的裝置。基于目前的土木結構檢測的發展看，該領域主要有光線傳感器、電壓力傳感器、溫度感應器等。其中將針對上述的檢測方法，對光線傳感器和電壓力傳感器進行詳細的論述。

2.1光線傳感器。該種先進的傳感設備，已逐漸的運用于大型土木結構的建筑之中。該種傳感器依托于光線的傳輸功能強大、數據容量大，光柵容積小等優點。在處理結構檢測中數據龐大的問題時，顯得十分的得當。這種的感應器在運轉中避免了傳統檢測中受到電磁感應的影響。在實際的操作之中，其操作也十分的簡單方便。但值得注意的是，在進行鋪設時，要依據結構的整體情況，進行合理的感應器鋪設，以形成具體的數據反饋網絡。能做到根據信息的反饋進行合理的分析。

2.2電壓傳感器。該種先進技術依托于先進的電感應機制發展而來。其基于傳統的電位差造的電位感應來形成數據反饋。工作原理是，感應器中的電介質受到結構損傷帶來的擠壓，能夠靈敏的感應，并依次形成一定的電位差，最后以形成信息的形式進行反饋。該種電位感應器十分的靈敏，對于細小的結構損傷都可以形成一定的信息反饋。對于其的鋪設，也應該先基于結構的整體特點，進行全面的分析，合理的進行傳感設備鋪設點的設置。這樣才能形成全面的檢測數據反饋平臺進行有效的檢測。基于該種傳感器的工作原理，在實際的生產使用中還面臨著材質的問題。以傳統的金屬材質作為材料，那么設備在長時間的使用中會出現一定程度的腐蝕，造成設備的靈敏度降低，實際的檢測價值較少的弊端；以陶瓷作為設備的材質，又會出現植入結構的施工當中出現破裂損壞的問題。因此，對于該傳感器的發展還需要一定的完善。

結語

經過上述的系統論述，對土木結構進行一系列的安全檢測是一個復雜的過程，在形成具體有效的數據之前，需要進行諸多方面的檢測、技術作為鋪墊。我們還清晰的看到，我國在該領域的迅速發展。但在發展的過程中，其還面臨著諸如技術、材質等方面的問題。對關鍵技術的完善和該領域的產業化發展是其發展的關鍵。

參考文獻：

[1]李宏男；李東升.土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評[J].地震工程與工程振動；2006；22.

[2]李宏男.土木工程結構監測評估探討[J].平頂山工學院學報；2007；06.

[3]焦莉；李宏男.PZT的EMI技術在土木工程健康監測中的研究進展[J].防災減災工程學報；2006；02.

[4]朱彤；楊廣輝.土木工程結構健康監測的現狀及發展[J].山東建筑工程學院學報；2006（02）.

[5]孫艾薇；郭少華.土木工程結構健康監測中的電壓傳感技術研究[J].四川建筑；2010；06.

（作者單位：隆化縣住房和城鄉規劃建設局）