土木工程智能结构系统-欧进萍共256页

土木工程智能结构体系的研究与发展

摘要：伴随着科技手段的高速发展，在工程材料研究与开发中运用了越来越

多的高科技手段，而随着各种材料的不断涌现，智能材料的出现为解决力学问题

提供了更加科学、有效的方法。研究土木工程智能结构体系的构建可以说是当前

土木工程建筑学中的一个研究热点。土木工程的智能结构体系作为一项高端新型

科学技术，它对于硬件与软件的技术水平具有较高的要求，能够大幅度地提升建

筑的安全使用性。本文对土木工程智能结构控制的原件组成进行了分析，并在此

基础上全方位、深层次地探析了智能结构在土木工程领域的具体应用，并探究了

土木工程智能结构未来发展趋势。

关键词：土木工程；智能结构体系；原件组成；发展趋势

1土木工程智能结构体系及其材料的构成

1.1构成体系

通常，智能系统的体系结构由三个元素组成：传感器，信号处理器，控

制器。其设计原则基于仿生学，根据生物体对外部环境中的感知和识别模式实现

建筑物技术结构的内部信息收集，传输，处理和收集，当系统收集到危险信号时，讯号处理模块处理后，将处理结构反馈给控制功能模块，以抵抗外部地震，达到

抗地震的目的。

1.2构成材料

第一，这种材料用于控制功能材料，比如压电材料，各种功能性凝胶等。该类材料主要用于执行与系统控制有关的功能，可以根据环境中的各种外部变化

而改变。它可以根据外部温度和磁场的变化，更改自己的体系结构，架构和频率，以适应外部变化并将损失降到最低。

第二，感知类材料主要用于系统的传感器功能，例如用于合成金属，光

纤等实现传感功能。通常，土木工程系统的智能结构就像一个仿生结构体系，该

211266430_土木工程智能建筑结构的发展及应用

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理论前沿

0.前言

智能建筑是一种新型的建筑结构，且由于其具有环境保护、节约能源等优点，受到了广泛的欢迎。近年来，我国的土木工程逐步走向了智能化，并研制出了各种智能化材料和技术以及与之配套的智能化装备，这种智能化材料和技术具有一定的仿生功能，结合在一起被称为智能建筑结构。

1.智能建筑结构体系及构成材料

1.1 结构体系

一般情况下，智能建筑结构体系包括三大要素：传感器、讯号处理机、控制器。该设计以仿生原理为基础，依据机体对外界环境的感觉与辨识方式，完成对建筑物技术架构进行内部数据采集、传送、加工、采集等工作，在采集到有害信号后，由信号处理单元进行分析，再将处理架构回馈至控制功能模组，以抵御外界的震动，达到有效抗震的目的。

中国国土面积大，地形复杂，是造成我国经常发生地震和其它自然灾难的原因，地震会给建筑物带来很大的危害，危及人民的生命和财产。另外，由于土木工程包含许多基础建设，它是影响人们生存的关键因素，所以在此基础上，研究和开发具有一定意义的智能建筑结构体系显得尤为重要[1]

。

1.2 构成材料

目前，在实际工程中应用中智能结构体系的研究重点集中在：视觉、声辐射、超声波、非破坏性测试及检测等技术方面。

第一，可用于进行控制功能材料的材料，例如：压电、各类功能性凝胶等材料。这一类型的材料，其主要作用是完

土木工程智能建筑结构的发展及应用

尤会来

(山东方明建设集团有限公司山东菏泽 274500 )

摘要：随着科技的进步，土木工程行业的发展也越来越快，越来越多的专业人士开始将智能建筑结构进行应用到工程施工中，从而使得土木工程更好地朝着智能化方向进行发展，促使我国整体建筑行业得以可持续发展奠定了基础。因此，本文就着重探讨了对土木工程智能建筑结构的发展及应用，希望能对相关人员开展工作提供帮助。

结构模糊随机振动基本理论创建者我国防灾减灾工程领域学科带头人中国工程院院士欧进萍

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中国工程院院士圃回睁
欧进萍男，ｌ５年３出生，湖南９月９宁远人。１７年毕业于湘潭大学。同年９８以优异的成绩考取武汉工业大学结构工５结构局部性态长期监测智能传感器，种建立了结构健康监测的试验与示范系统；在结构振动控制方面：研制出４结构耗种能减振装置和３智能控制系统，建立了种结构耗能减振与智能控制的分析和设计
系当年５名新选院士中年龄最小的。目前８
钢筋混凝土结构的地震损伤分析和设计
方法。他的部分成果已被我国有关规范和规程采纳，并已应用于或正在实施于
兼任国家自然科学基金学科评审组成员、
面：建立了海洋平台结构安全评定与维修决策理论和大型应用软件系统，发展了平台结构冰振控制技术；在结构动力可靠性与地震损伤方面：建立了结构模糊随机振动基本理论，发展了结构抗风和抗震的动力可靠性分析方法，提出了

土木工程结构的智能检测与检测系统

【摘要】土木工程结构的智能检测与健康诊断系统是由传感元件和信号采集再经传输和处理以及健康诊断等

部分组成的。本文对该系统引进的智能传感器、信息的融合以及对故障的诊断等影响工程结构的智能检测与诊断系统

采取了探究和讨论。

【关键词】土木工程智能监测；诊断系统

一、土木工程智能监测与检测系统

（一）智能传感元件

土木工程的健康监测就是利用性能稳定、耐久性好的传感元件，埋入或粘贴于结构中，对最能反映土木工程安全状况的参数进行监测，评价结构的安全性、耐久性，为维修、报废、报警决策提供可靠的依据。土木工程结构与设施往往处于较恶劣的环境中，要求传感器必需满足耐久性、稳定性、与结构相容性等，传统的传感器很难满足工程实际的需要。智能传感材料的出现，如光纤、压电材料、形状记忆合金、碳纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝、半导体材料等，为土木工程长期智能监测打下了坚实的基础。

（二)信号智能处理

土木工程健康监测的结构参数较多，如应变、加速度、

速度、位移、温度、旋转等，再则，大型结构的多自由度特性要求的监测布点尽可能多，从而就要求采用尽可能多的传感器,而且不同的参数测量采用的原理也大多不一样，尤其智能传感器的出现使得测量的信号差异很大。多传感器的使用会带来以下4个方面的问题：（1)多传感器形成了不同通道的信号；（2)同一信号形成了不同的特征信息；(3)不同的诊断途径和方法会得出有偏差的诊断结论；（4）来自多传感器的监测信息和诊断决策信息具有强烈的不确定性。如何综合利用来自多传感器的多源不确定性信息以提高确诊率成为土木

解析土木工程智能结构体系的研究与发展

摘要随着建筑工程学的发展，土木工程的智能化结构已经成为了当今世界上最热门的发展之一，本文对智能结构的发展和研究现状进行分析，并对智能结构控制系统进行相应的总结分析这项技术的发展趋势。

关键词土木工程；智能结构；主动控制

中图分类号 tp29 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）94-0070-02

近些年来我国地震灾害频发，为了应对我国加大了结构抗震的研究，目前研究方向已经有被动控制过渡到主动控制。智能结构主动控制体系还处于试验阶段，需要较高的硬件和软件技术水平，建筑的智能系统还需要强大的能源系统进行支持，但是智能建筑结构可以使自身所受影响降低50%以上，所以加强这项技术的研究和应用是未来建筑结构设计发展的方向。

1智能结构控制的组成原件

信号处理器、信号传导器、信号控制器组成了智能结构的主要控制系统，他的工作原理来自仿生学，是通过生物对外界认识和感知方式来进行建筑结构内部的的信息传输，很多结构在设计上应用传导器和信号驱动元件进行集成处理，当传感器发现结构出现风险隐患时，就可以对这一信号进行外部加工，并使其连接信号控制器，并且利用信号控制器直接进行决策，并形成处理结果和指令，使其在结构调节中实现结构的减震效果，从而达到结构减震的目的。

结构在受到外界环境影响的情况下就会发生工程结构的特性变化，这样就可以根据自适应装置改变整体结构状态，在遇到地震或者强风状态下，就能保证基本的结构安全。

另外利用智能结构材料控制系统，可以真实的体现结构控制的一体化，这种控制能力可以在地震强度不确定的情况下，自动做出控制性反应。以求提高结构的抗震能力，这也是智能材料在工程结构和振动控制中实现智能化的关键之一。它的诞生对建筑的设计、维修、施工带来了全新的理念。

土木工程智能结构体系的研究

2023土木工程智能结构体系的

研究

CATALOGUE 目录•

引言

•

智能结构体系的基本概念及研究现状•

土木工程中智能结构体系的关键技术与实现方法

•工程案例分析

•研究结论与展望

•参考文献

01引言

土木工程是人类社会的重要组成部分，结构体系是土木工程的核心部分，对于保障人类生命财产安全具有重要意义。

随着科技的不断发展和人类对自然环境的不断认识，对结构体系的要求也越来越高，需要解决一些传统结构体系无法解决的问题。

课题背景及意义

研究土木工程智能结构体系的理论和应用，解决传统结构体系难以解决的问题，提高结构体系的性能

和安全性。

通过研究智能结构体系的优化设计、施工及监测与控制等方面的理论和应用，实现结构体系的智能化和自主感知、自适应及自主修复等目标。

研究目的和任务

论文结构和内容安排

本文主要分为六部分，包括引言、土木工程智能结构体系的基本概念及研究现状、智能结构体系的关键技术研究、应用研究、结论与展望以及参考文献。

第一部分介绍了本文的背景及意义，第二部分介绍了智能结构体系的基本概念及研究现状，第三部分着重介绍了智能结构体系的关键技术研究，第四部分介绍了智能结构体系的应用研究，第五部分对本文的研究内容进行了总结和展望，第六部分列出了本文所引用的参考文献。

02

智能结构体系的基本概念及研究现状

智能结构体系是指通过将传感器、执行器、信息处理单元等集成到结构中，实现结构健康监测、自适应调控、智能优化等功能的新型结构体系。

智能结构体系具有自适应性、自诊断性、自修复性和可拓展性等特点，能够有效地提高结构的可靠性、安全性和耐久性。

土木工程智能结构体系的研究与发展

摘要：随着科学技术的发展，我国建筑工程也随之迅速发展，其中土木工程的

智能化结构体系是科学技术快速发展的重要体现之一，也是如今发展的热点之一。而土木工程的智能化结构体系的研究与发展，这个领域的发展也逐渐成为了越来

越热门的一个研究方向。对土木工程的智能结构的发展和研究，进行了简单的现

状分析，并对智能结构控制系统进行分析，并对这项技术的发展趋势做出了长远

的展望。

关键词：土木工程；智能结构；设计

土木工程智能结构体系是一种新型技术，所涉及到的范围也十分广泛，能够有效的延长土木

工程的使用寿命，保障安全性。在土木工程智能结构体系发展还不完全成熟的背景之下，我

们应以科学的眼光和创新的思维来对该体系进行发掘和研究，结合智能材料，正确合理性结

构设计，使土木工程智能结构体系的发展更为多元化，提高其稳定性和可靠性。在不断的创

新中发展，对人民人身安全和财产安全负责，对国家经济的繁荣发展和社会稳定做贡献。

1 土木工程智能结构体系应用现状

通常土木工程智能结构体系看起来就是一种仿生结构体系，这种体系为的就是让土木结

构更加的智能化。因为社会的进步和发展，所以人们对建筑结构的要求也在不断的提高，土

木工程智能结构体系的发展是时代的发展潮流。通常在现在的工程应用中，智能结构系统主

要集中在以下几个方面：结构损伤检测与健康的现代建筑检测中经常使用的技术有，视觉与

声发射技术、超声波技术、无损检测技术、检测技术。但这些只能限于建筑，当建筑投入使用，在这些环节的检测往往被忽视，导致整体退化和损伤检测造成施工不及时。但在智能结

土木工程智能结构体系的研究与发展

摘要

对于土木工程的建筑来说，地震台风等因素会对其造成巨大的影响。许多房

屋建筑和一些基础设施使用的周期很长。在长期使用过程中，必然会受到一系列

土木工程建筑结构因素的影响，因此，为了避免各种因素导致的土木工程建筑失

去安全性的保障，分析探讨土木工程的智能结构系统是必不可少的。本文以土木

工程智能结构为研究对象，分析材料的具体应用，探究体系的发展方向，并针对

关键性问题给出研究建议。

关键字：土木工程；智能结构；智能驱动

一、引言

当前土木工程建筑学中一个研究热点是研究智能结构体系。对于土木工程的

建筑来说，地震台风等因素会造成巨大影响。许多房屋建筑往往使用周期很长，

在长期的使用过程中，必然会面对一系列影响土木工程建筑结构的因素，例如建

筑材料老化，长期负重过大，以及地震台风等自然因因素，而使用智能结构控制

系统就可以真实的体现结构控制一体化。因此，为了避免各种因素导致土木工程

建筑安全性失去保障，分析探讨土木工程智能结构系统是必不可少的。

二、智能结构控制体系的基本情况

（一）智能材料的类型及其特性

光纤、形状记忆合金等智能材料，在当代土木工程领域内得到了广泛的应用。智能材料依据功能和特点的不同可划分为两大类：一类是对内部或外界的刺激强

度具有感知功能的材料。这类材料被称之为，智能感知材料。

另一类材料是对外界的环境条件或内部的状态发生变化时，可以做出响应的

材料。我们可根据不同的需要来选择某些材料，制作各种执行或驱动元件。

而智能材料结构系统具有传感、控制和驱动这三个基本要素，能通过自身的

大型桥梁结构健康监测系统的设计方法-(李惠+欧进萍)

大型桥梁结构健康监测系统的设计方法

李惠欧进萍

（哈尔滨工业大学土木工程学院）

摘要结构智能健康监测愈来愈成为重大工程结构健康与安全的重要保障技术，也愈来愈成为重大工程结构损伤积累、乃至灾害演变规律重要的研究手段。由于我国重大工程结构建设日新月异、突飞猛进，智能健康监测方法、技术和系统的研究、开发与应用吸引了我国土木工程领域众多科技工作者很大的兴趣和积极的参与，并且得到了快速的发展。我国是桥梁大国，而桥梁结构是服役性能退化较显著的重大工程之一。本文首先研究了大型桥梁结构健康监测系统的设计总则，结合与桥梁结构健康监测系统有关的理论、方法和技术，分析了健康监测系统的传感器子系统、数据采集子系统、信号传输子系统、损伤识别与模型修正及安全评定、数据管理子系统及系统集成技术等的设计原则与方法及功能要求；采用上述桥梁健康监测系统设计方法，为山东滨州黄河公路大桥和松花江斜拉桥设计并实现了不同等级的健康监测系统，系统运行表明，所建立的桥梁结构健康监测系统协调运行，系统性能很好。

关键词：桥梁；健康监测系统；光纤光栅传感器；无线传输技术；系统集成；数据库；工程应用Design and implementation of health monitoring systems for

cable-stayed bridges

LI Hui OU Jinping

(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology)

ABSTRACT The intelligent health monitoring system more and more becomes a technique for ensuring the health and safety of civil infrastructures and also an important approach for research of the damage accumulation or even disaster evolving characteristics of civil infrastructures, and attracts prodigious research interests and active development interests of scientists and engineers since a great number of civil infrastructures are planning and building each year in mainland China. Number of cable-stayed bridges have been constructed and are planning to be constructed in mainland China, however, the performance of cable-stayed bridges deteriorates rapidly in long-term service. General design principles of the health monitoring systems for cable-stayed bridges are studied. The design methods of the sensors, software and hardware of data acquisition module, signal transmission, damage detection, model updating, safety evaluation, database and system integrated technologies are analyzed and the basic functions of the health monitoring systems are pointed out. An on-line health monitoring system for the Shandong Binzhou Yellow River Bridge and an off-line health monitoring system for the Harbin Songhua River Bridge are designed and implemented. The two systems have been running for several months and data measured by these two systems are also presented in this paper.

土木工程智能结构体系的研究与发展

摘要：在发生风和地震时保护基本结构是一个重要问题，特别是在结构受到

外部环境影响的情况下。因此，有必要根据具体情况调整总体结构，并有效地反

映结构控制的一体化。智能结构材料控制系统可用于此过程，因为它们可确保基

础设施在发生风和地震时的安全。智能控制结构材料有助于提高结构抗冲击性，

是智能控制工程结构的重要组成部分。近年来，建筑结构的不稳定严重损害了人

员和财产的安全，特别是在发生地震的情况下，因此有必要研究材料管制问题。

关键词：土木工程；智能结构；研究与发展

引言

传感器是常见的智能材料，广泛应用在土木工程建设中。随着我国土木工程

技术的发展，相关人员需要积极重视智能材料结构中传感器原理的研究和传感器

的利用，通过提升传感器的应用效果来促进我国经济的进步。

1土木工程智能结构的基本功能

近年来，智能材料结构在促进我国土木工程建设的发展中发挥了重要作用。

有效检测了土木工程的运行状况，最大程度减少了工程事故的发生。土木工程中

的功能材料结构具有优良功能，包括四个主要功能。①对土木工程结构的内部和

外部载荷进行特定检查。②可以检测到智能物料结构对充电的特定响应。③可以

及时检查结构的安全性。④它可以及时发现和解决问题。

2构成体系

通常，智能系统的体系结构由三个部分组成:传感器、信号处理器和控制器。其设计原则是仿生学的，能够根据外部环境中生物的感知和识别方式，在内部收集、传输、处理和收集有关建筑技术结构的信息。中国国土辽阔，地质条件复杂，是造成中国地震和其他自然灾害频发的因素之一。地震可能对土木工程结构造成

土木工程智能结构体系的研究与发展

2020年第19卷第5期

土木工程智能结构体系的研究与发展

□龚湘兵

【内容摘要】为充分发挥土木工程智能结构体系对建筑领域的价值作用，从而促进土木工程智能结构体系在建筑领域的运用与发展，本文对土木工程智能结构控制的原件组成进行了分析，并在此基础上全方位、深层次地探析了智能结构在土

木工程领域的具体应用，并探究了土木工程智能结构未来发展趋势。

【关键词】土木工程；智能结构体系；原件组成；发展趋势

【作者简介】龚湘兵（1987 ），男，湖南郴州人；长沙理工大学交通运输工程学院讲师，博士；研究方向：道路工程

研究土木工程智能结构体系的构建可以说是当前土木工程建筑学中的一个研究热点。土木工程的智能结构体系作为一项高端新型科学技术，它对于硬件与软件的技术水平具有较高的要求，能够大幅度地提升建筑的安全使用性。

一、土木工程智能结构控制的原件组成

在国民经济的带动下，我国土木工程领域也进入了一个飞速发展的时期。科学技术的发展不仅使人们生活、学习和工作的形式发生了很大的变化，同时也有效推动了土木工程朝着智能化方向发展的步伐。事实上，土木工程智能结构体系属于一个比较前沿、高端的科学技术，其中所涉及到的知识内容比较多，但却并没有脱离土木工程施工环节的本质。将这种现代化、智能化、科技化的技术融入到土木工程建设领域，不仅能够使建筑的安全使用性能得到了大幅度提升，同时也进一步提升了这种技术的应用范围，让更多的人体会到了科学技术发展所带来的时代性革命特征。

从目前的情况来看，土木工程智能结构控制原件系统主要包含两大系统，一个是主控制系统，另一个则是辅助控制系统。智能结构控制不可能离开信号的传递而实现，其中主控制系统就起到了控制信息的作用，是土木工程智能结构中的控制器。现有的传导器信号处理器来源于仿生学，与仿生学的原理基本一致，其主要功能是“透过现象看本质”，对建筑结构的内部信息进行认知和感知。当收集完这些信息以后，其还可以进行真实的还原和传输，从而让人们根据这些信息获知建筑材料内部的情况。在这个过程中，还需要应用到信号驱动原件以及传导器，这样才能完成对信号的传输，并最终形成一套完整的建筑体系。信号传感器能够在结构设计过程中发挥作用。这是因为，如果传感器发现结构设计存在问题，就会及时地向控制器传递信息，告知控制器这种结构设计存在一定的安全隐患。与此同时，当信息控制器收到这些安全隐患传输信息以后，就会通过分析这些信息而进行判断，最终将这些信息以更直观的形式反馈给人类。对土木工程智能结构控制体系中，那些自适应装置同样起到了关

安得广厦千万间

作者：陈道隆

来源：《科学中国人》 2009年第10期

他行走如风珍惜生命中的每一分每秒；

他平均每天工作十几个小时从不虚度一寸光阴；

他专注于土木工程智能防灾结构的研究，且一专+就是几十年；

他身负着防灾减灾工作的重任心怀着“安得广厦千万间”的豪情……

他就是武汉理工大学首席教授土木工程学科的学科带头人瞿伟廉教授

瞿伟廉教授曾任国家自然科学基金会工程与材料科学部专家咨询委员会委员．湖北省人民政府参事国际结构控制学会中国分会副理事长中国振动工程学会理事中国振动工程学会结构抗震与控制分会副理事长等学术兼职是国内土木工程结构防灾减灾领域特别是智能防灾结构领域的著名专家。

艰苦卓绝出贤才

瞿伟廉教授出生在上海市的一个普通百姓家庭兄弟姐妹4人他排行老大从小就担负起照顾弟弟妹妹的责任，这也养成了他不屈不饶坚韧不拔的性格。儿时的瞿伟廉就梦想将来能成为一名科学家于是为了这个理想他一直在默默的努力。由于酷爱读书，他的成绩直十分优秀中学时他就读于久负盛名的上海育才中学二年制理工班。1 962年瞿伟廉考八土木工程行业的顶尖学府同济大学的五年制本科学习工程力学专业通过大学五年的刻苦研读瞿伟廉掌握了扎实的力学基础理论知识和专业知识。大学毕业后他怀揣梦想离开家乡踏上了前往湖北的征程，这去就是整整八年瞿伟廉在中国第二汽车制造厂的初期建设中贡献了力量奉献了青春，那一段艰苦卓绝的岁月痕迹深深印刻在了瞿伟廉的心里。也正是因为怀揣梦想那些年纵然艰苦纵然无助他却从未放弃过．

文革的十年由于客观因素的影响科技几乎一直处于停滞状态但像瞿伟廉这样从未放弃理想的科研工作者有很多。于是文革一结束全国便呈现出一派生机盎然百废待兴的景象科研事业也开始如火如荼的开展了。1 978年，瞿伟廉终于盼来了实现儿时梦想的机会在文革后的第一届研究生招生中他以全校第二名的优异成绩考入武汉工业大学研究生班攻读结构工程专业硕士学位。研究生班的每一位同学都是各自所在单位中的技术骨干。由于客观环境的影响这些科技精英到了三十多岁才盼来深造机会大家都格外珍惜都抱着你追我赶唯恐落后的心态刻苦学习，就在这样良好的学习氛围下瞿伟廉几乎每门功课都考全校第一。他自然也成了班上公认的学习才子。

土木工程中的智能材料结构系统分析

摘要：进入21世纪以来,伴随着信息技术的发展,人们的生活越来越趋向于智能

化便利化。各种家用智能家居应运而生。智能材料也是在这样的背景下诞生出来的。本文主要从智能材料的概念和国内的发展现状以及在未来的发展情景等几个

方面来全面说明智能材料在我国的发展和在建筑中所起到的巨大作用。

关键词：土木工程；智能材料；结构系统

引言：

随着改革开放的发展，电子信息技术成为了影响人们生产生活的重要条件，这使的传统的生活方式得到了极大的改变。人们的物质文化需求也逐渐提高，智

能和便捷成为了人们生活的新标准，而智能材料就是基于这种情况提出来的。本

文主要研究土木工程中的智能材料结构系统，首先，论述了智能材料的基本概念

和发展优势，然后分析智能材料的类型以及功能，最后阐述了智能材料的发展局

限性。希望用过本文论述，可以促进智能材料在土木工程中的应用，也可以为相

关领域提供帮助。

一、智能材料的基本概念

智能材料的诞生带有偶然性的特点，因为，它是产生于科学家的偶然操作。科学家在实践中偶然性的将光导纤维和碳纤维进行了反应，在出乎意料的情况下

产生了一种新型材料，这种新材料就是智能材料。随后，专家对这种智能材料进

行实验分析，发现，它具备良好的抗断性和感应能力，随后，专家对其进行加工

和研究，发现它具有多种普通材料没有的功能和属性。第一是较强的传感能力，

这种传感能力是对信息的反馈和识别。其次，具有自动的修复能力。这种修复能

力是说。在面对突发情况或者危险时。可以主动的进行规避。第三是具有一定的

灵敏性。这种灵敏性可以使材料而在受损状态。尽快的恢复到智能变化可以节约。一部分的劳动力资源。

压电材料在土木工程中的应用

土木工程结构的使用年限一般都比较长，并且建造完成很难替换。但是，由于土木工程材料的老化、过度使用、超载、环境侵蚀和缺乏维护等原因，任何土木工程结构都会随时间而劣化。因此有必要对土木工程结构进行必要的健康检测，以确保结构的完整性和安全性。但利用传统的检测技术进行检测的过程中，所进行的检测大多都有一定的破坏性，并且由于其检测的位置不够全面，因此也无法得到土木工程结构各个部位的详细信息。

智能材料的发展为土木工程结构长期健康检测提供了新的研究方向，利用压电材料的正压电效应所制成的压电传感器,以其成本低、响应快、结构简单、可靠性好，可以进行多种机械量的测量（如应力,应变,位移,加速度）等优点,在智能结构中应用广泛。

压电传感器按极化方向的不同,可分为以下几种:

(1)应变传感器该种传感器在垂直于构件的方向得到极化。当构件产生应变时,贴于构件上的传感器产生电荷,通过对电极电量的测量,得出应变量的大小。

(2)力传感器该种传感器的极化方向与所测力的方向平行,所产生电荷量的大小与所测力的大小成正比变化,因而可以测出力的大小。

(3)剪切模态传感器该种传感器的极化方向与剪应变方向相切。当构件纵向产生应变时,传感器通过连于其上的联接桥产生受剪变形，从所测到的电荷大小得出构件纵向产生应变值。

近年来,国内外研究提出的基于压电传感器的损伤诊断方法主要分为以下2种:机械阻抗法和动力参数分析方法。

机械阻抗法

系统受激振动后的响应只与系统本身的动态特性和激振的性质有关，所以可用机械阻抗综合描述系统的动态特性，这就是机械阻抗方法的基本原理。此法是一种理论和实验密切结合的方法，是一种进行实时诊断的健康监测技术,特别是对局部初始损伤很敏感。常用的压电材料是PZT薄片,通过测量PZT电阻抗的变化来判断结构中的损伤状态，其作法是：测出激振力和运动响应，经消除误差后用于①检验结构数学模型的正确性并改善其精度；②识别结构的模态参量（如固有频率、振型）；③预示结构对已知的或假定的输入力的响应；④确定材料的动态特性；⑤预示相连结构的动态耦合特性；⑥从事振动监控或故障诊断。

欧进萍——院士

１９５９年，欧进萍出生于湖南。１９８７年获原哈尔滨建筑大学工学博士学位，１９９０年从博士后流动站出站任教。他虽年轻，但却在结构动力可靠性与地震损伤、结构振动控制、重大工程结构健康监测和海洋平台结构安全保障技术４个重要领域系统地开展了研究，取得了重大的创造性的成就。

年轻的欧进萍是个迷，这要从他所从事的研究领域说起：

——他在钢筋混凝土结构地震损伤理论与应用、结构体系的动力可靠性分析方法、结构模糊随机振动的基本理论方面取得了重大的、创造性的成就，成为我国这一学科的带头人。

——他系统地发展了结构耗能减振技术，取得了结构振动智能控制的多项成果，为我国在这一领域的研究和应用跻身于世界先进行列做出了重要的贡献。他所领导的课题组是国内全面掌握磁流变液制备、测试装置、智能阻尼器和控制器设计制造，并实现产品定型化的单位。

——２０世纪９０年代中期，他开始研究重大工程结构的健康监测，建立了我国第一个结构智能监测实验室。他与美国、日本和韩国等５所著名大学和研究机构共同发起成立了“智能结构技术亚太协作研究中心”，他应邀参加“国际结构健康监测工作组，在国际和国内这个领域被公认为发挥着带头和牵动作用。

——他系统地发展了海洋平台结构安全保障技术，建立了海洋平台结构安全评定与维修决策理论和大型应用软件系统，在该领域的研究成果获多项国家奖励。他出版的专著《海洋平台结构安全评定——理论、方法和应用》是我国唯一一部关于海洋平台结构安全研究的专著。

欧进萍不但在多个领域的基础研究中取得了创新性的成果，而且多项成果还在重大工程中得到应用，其中工程总造价超过1亿元的项目就有10项。他在被动耗能减振、智能控制两个领域被公认为“在我国发挥着带头和牵动作用”，并被选为国际结构控制学会中国分会主席和《国际结构控制和健康监测学报》中国大陆唯一编委。

土木工程智能结构体系的

建筑结构
智能建造技术
利用机器人、3D打印等技术，实现建筑结构的智能建造和快速施工。
智能楼宇系统
利用传感器和控制系统，实现建筑物的智能照明、空调、电梯等设备的自动化控制和管理。
结构健康监测
利用智能材料和传感器，实现对建筑结构的实时监测和损伤识别，确保建筑安全。
水利工程
智能堤坝监测
利用传感器和控制系统，实现对堤坝的实时监测和预警，确保堤坝安全。
结构健康监测与评估
02
利用计算技术对结构进行健康监测和评估，及时发现潜在的损
伤和隐患。
结构优化与控制
03
通过计算技术对结构进行优化设计和控制，提高结构的性能和
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
安全性。
控制技术
01
02
03
控制策略制定
根据结构的状态和变化，制定合适的控制策略，如调整结构参数、改变结构形状等。
控制算法设计
设计有效的控制算法，如 PID控制、模糊控制等，实现对结构的精确控制。
土木工程智能结构体系的
汇报人：日期:
目录
• 引言 • 智能结构体系的基本原理与技
术 • 智能结构体系在土木工程中的
应用 • 智能结构体系在土木工程中的
优势与挑战 • 未来发展趋势与展望
01
引言
智能结构体系的概念与意义