土木工程结构健康监测技术的应用及展望

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。

2土木工程结构健康监测技术的应用及展望
2.1红外热像监测技术应用
红外热像监测技术的应用是比较系统的，利用了红外热像原理，应用红外热
像技术去检测所检测的工程结构或物体的整体释放热线情况，从而形成一张热像图，不但能很直接的反应出材料的内容，还能根据结构物和结构的状态监测出很
多缺陷与问题。

红外热像监测技术应用最大的优势就是可不用直接与被检测物接触，在整体技术上具有较随意性，无论上下还是左右都能任意应用，可对被检测
物进行随时随地的扫描。

红外热像监测技术适用于非接触、范围广阔的无损检测，
还有一个重要的特点就是不挑时间，白天和晚上都可以进行监测，对已有无损检测技术的功能和效果具有很好的互补性，这项技术应用上比较自由广泛，在国外已取得了很大的成就。

目前，红外热像监测技术在我国的应用还处于起步阶段，尚未取得太多好的研究成果，也一直在摸索中。

但这项技术的应用却在一直稳步前进，有非常大的前景。

2.2电阻应变片法应用
电阻应变片法的应用也是在近些年兴起的一种监测方式，这种方式相对比红外热像监测技术来说还有一定的局限性，但其自身还存在很大的优势的。

如电阻应变片法适用于短期监测，价格也很低廉，能在很大程度上节省成本，保证财务预算，使用方法也比较简单，容易操作。

我国的经济发展速度较快，科技也在日益更新，这种电阻应变片法不断的应用就更加宽泛，优点和长处也能得到更好地发挥。

相信在日后的应用中会更加坚实，应用策略的使用也会更加方便。

2.3超声检测法应用
超声检测法的应用历时已久，其运行原理是通过超声波监测仪的波形去显示形状及频率为25赫兹的声波转换器。

来探测和分析超声波在结构中的传播具体形势，如传播速度、频率、接受信号程度等，并将探测到的这些数据有机地整合一起，观察其规律和变化，最终形成判断，即混凝土的具体缺陷。

我国根据自身特点，对超声法进行了创新，让超声法可以穿透较远的距离，且非常安全方便。

不过这种方法就目前而言还有一定的局限性，限制了检测的距离和范围，且检测结果不够直观，要进行许多超声检测后才能去判断，可能会影响检测的结果，因此，我国应更加注重这方面的完善与改革。

2.4云纹法的应用
云纹法也是近年来新兴起的一种结构健康监测方法，整体运行的过程比较复杂，但却能得到较为完整的结论。

云纹法和阴影云纹法是可以运用在结构健康监测技术上的关于土木工程的两种主要方法，不过应用条件较为苛刻，要从技术的角度加以完善，找到更好的方向与内涵，让云纹法的应用条件有所改善，保证日后对结构健康监测具有价值。

2.5振动法应用
振动在力学中是常见现象，各国学者已能形成一套完善的振动理论，应用于
实际中。

同时，土木工程上的振动也是最普遍的现象之一，学者积极运用土木工
程振动理论，振动法作为基本方法的土木工程结构监测技术也随之出现。

振动法
利用了振动测量传感器阵列获取信号后，对收集到的信息进行测量和分析，以便
作比较，对比损伤参数和未损伤参数的差异，评估该结构目前的状态。

振动法的
内容十分广泛，相信在日后的应用过程中，一定会取得更多理论和实际上的成果。

除以上方法，结构健康监测技术的应用还有X射线法和经验判断法等方法，这些
应用方法都会对土木工程的结构健康监测技术不断创新起到积极促进作用。

结束语
土木工程结构健康监测技术是利用测试设备获取构件应力、应变和结构的整
体变形、振动响应等信息，借助数据分析得到结构现有性能状态并评估结构未来
健康状况的工作。

土木工程结构健康监测系统实时地监测结构的响应，一方面监
控结构在突发性荷载作用下的承载能力极限，另一方面监控结构在长期累积损伤
作用下的正常使用极限，从而完成监控结构在全生命周期内安全性能的使命。

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