土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷研究

張 波

新疆藍天七色建設工程有限公司 新疆 五家渠 831300

前言

土木工程項目逐漸興起，混凝土在施工的環節中結構發生變化的問題時有發生，其結構的健康監測的重要性較為顯著。為了有效避免安全事故的發生，根據當前土木工程結構的實際情況做好損傷監測，掌握傳感器系統以及具體的布置方式，有助于保證土木工程的穩定性。

一、土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷概述

（一）土木工程結構安全性評估

土木工程結構安全性評估是指對土木工程狀態進行全方位的安全監測，針對各個結構進行檢測，根據當前結構狀態的實際情況進行準確的測試，并由專業的技術人員將測試到的數據信息進行整合與分析。在實際的監測環節中，需要掌握相關的臨界失效的具體情況，將其與之進行比較，針對結構的安全性進行科學的評估。做好安全評估的前期準備工作，當前的土木工程結構的差異性較為顯著，在安全評估的過程中會受到程度的影響，仔細的對安全級別進行鑒別。需要明確可靠性評估與安全性評估之間的關系，其中安全性評估的準確率要比可靠性評估的準確料率高。安全性評估主要是對施工階段的初始風險進行評估，針對在施工階段中存在的風險因素進行科學的分析，并將不同的風險因素劃分為不同的等級。例如：對地質條件進行風險評估的過程中，其概率范圍在＞0.3時，將中心值取1，則當前的概率等級描述為“很可能”，其概率等級為5,；其概率范圍在0.03-0.3之間時，將中心值取0.1，則當前的概率等級描述為“可能”，其概率等級為4；其概率范圍在0.003-0.03時，將中心值取0.01，則當前概率等級描述為“偶然”，其概率等級為3；其概率范圍在0.0003-0.003時，將中心值取0.001，則當前概率的等級描述為“不可能”，其概率等級為2；其概率范圍在＜0.0003時，將中心值取0.0001，則當前的概率等級描述為“恨不可能”，其概率等級為1。

（二）土木工程健康監測

土木工程結構長時間處于運行的狀態，不及時維修會對結構造成一定的損傷。當前土木工程內部信息呈現多樣化的趨勢，在獲取信息的環節中要嚴格遵循土木工程結構狀態的實際特點，有針對性的獲取信息，保證工程建筑的穩定性。在土木結構健康監測的環節中，實時對施工現場的實際情況進行勘察，對工程結構的損傷情況進行監測，并獲取相關的內部信息。土木工程結構的特征具有多樣性，對工程的損傷程度進行準確的評估，其中健康監測所需要的時間較長。土木工程健康監測系統組成方式較為復雜，主要由不同功能的軟件以及硬件構成。其中用戶界面子系統將各種數據信息進行整合，其子系統的構成方式簡單，操作方便。本子系統可以有效的滿足用戶的實際需求，將不同的方式以及功能有秩序的排列，方便后續查找工作的順利進行。將收集到的數據信息進行有效的整合，為用戶提供不同的服務，為建筑工程的安全性評估提供理論依據，相關的專業人員可以根據評估的結果對其進行定期的維護，保證系統的穩定性。

（三）土木工程健康診斷

土木工程結構會受到內部以及外部等多種因素的影響，其長期處于運行的狀態，為了保證施工的順利進行，則需要對其進行健康診斷，對健康診斷的關鍵性指標進行掌握，并對工程結構的損壞位置進行實時的監測，并將監測到的數據信息傳輸到終端設備中，對建筑工程結構的損傷程度進行住準確的診斷，并對損傷的位置進行精確定位，一定程度上為后續維修工作的順利進行奠定基礎。在對土木工程結構的健康診斷時，將結構周圍的環境變化情況進行實時的監測，并與參數化的條件進行對比，根據數據化技術的實際情況對結構的損傷情況進行分析與研究[1]。

二、土木工程結構損傷監測

土木工程結構損傷監測方法具有多樣性，需要充分根據當前土木工程結構的實際情況進行分析。其中整體檢測方式又包含不同的方法，借助動力指紋以及模式識別的方式對結構的質量和剛度進行檢測，實時對動力指紋的頻率以及影響函數進行觀測，將結構的可能發生的損傷情況進行整合，并對動力指紋進行比較，準確的結構對損傷程度以及位置進行定位。模型修正與系統識別主要是進行動態試驗實時對模態的參數信息進行監測，掌握模型的剛度分布情況，對剛度模型進行修正，與之進行比較，可以準確的根據模型剛度的變化情況對結構的損傷程度進行評估，當模型能夠預測結構的特征時，說明此時結構完好，反之結構受損。局部檢測方法主要包括聲發射法以及超聲光譜法等幾種方式，其中聲發射法主要對結構的變形情況進行監測，當出現斷裂的現象時，其光纖會發生橫向應變，可以對混凝土的完整性進行檢驗。超聲波光譜法主要借助超聲波系統的優勢，將正弦信號進行準確的輸入，與人工控制層相連接，對結構的敏感度進行分析，對結構的損傷程度進行評估[2]。

三、土木工程結構傳感器系統及布置方式

土木工程結構傳感器主要包括光纖傳感器以及壓電材料傳感器等幾種形式，在土木工程結構中的應用范圍較廣，以其自身信息儲存量大的優勢在結構健康監測的過程中發揮優勢，為結構健康診斷工作帶來便利。影響傳感器系統布置方式的因素具有多樣性，根據土木工程結構的實際情況對傳感器進行優化，可以借助數字模型的方式進行操作。例如：當前傳感器布置方式主要有模態動能法，對振幅的情況進行實時的監測，對模態動能的大小進行評估，根據優先網絡的實際情況將其進行準確的劃分，主要對模態動能較大的位置進行觀察。模型縮減法也是其中的一種，其具有相對獨立性，應用價值較為顯著，對低級模態進行檢測，借助模型縮減法可以有效的將其保留。

四、結論

土木工程結構的質量是施工的關鍵，要求相關的施工技術人員嚴格按照土木工程的施工順序進行施工，做好建筑工程的安全檢測評估工作，針對在實際監測環節中存在的問題進行及時的糾正，注重對傳感器系統進行優化，一定程度上有助于從整體上提升土木工程結構質量。