结构健康监测系统的研究与应用

结构健康监测系统的研究与应用

随着建筑物的规模不断扩大及使用情况的不断变化，建筑物的结构健康安全问

题越来越受到关注。在过去，常规的结构检测往往需要人工上门进行，费用高昂、工作繁琐且数据精度不高。因此，建筑领域的专家们开始研究和利用现代技术来解决这些问题，结构健康监测系统应运而生。

一、结构健康监测系统的介绍

结构健康监测系统，简称SHM，是一种实时监测结构物健康状态的技术。它

采用了先进的传感器技术、数据采集技术、数据传输技术和分析计算方法，对各类结构物进行实时监测和分析，保证结构物的安全性和稳定性。

SHM系统可以实时感知结构物的变化，监测结构物的振动、应力和变形等参数，确保结构物的运行、管控，以及预测结构物的健康状况和未来的潜在问题，同时也有助于优化结构物设计方案和提高建筑质量。

二、结构健康监测系统的组成

SHM系统通常包括传感器、数据采集器、数据传输装置和数据分析计算软件

四个部分。

1. 传感器

传感器是SHM系统的核心部件，可以感知并接受结构物的各种数据（如温度、压力、振动、位移、应力等）。传感器可以根据需要进行布局，以保证数据的精度和覆盖面的全面性。目前，常用的传感器有光纤传感器、电容式传感器、微波传感器和加速度传感器等。

2. 数据采集器

数据采集器是将传感器收集到的数据进行数字化和采集的设备。它对传感器采

集到的数据进行数字转换，并把数据存储到相应的介质中。数据采集器的主要作用是提高数据采集精度和采集效率。

3. 数据传输装置

数据传输装置是用于将采集到的数据传输到数据分析计算软件中。常见的数据

传输方式包括有线和无线两种。有线的方式通常使用以太网和串口通信；无线通常使用Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、LoRa等方式。

4. 数据分析计算软件

数据分析计算软件是SHM系统的大脑，负责对接收到的数据进行处理、分析

和存储，以达到有效预测和诊断的目标。根据实际需要，常用的数据分析计算方法包括模型识别、数据挖掘、机器学习、统计分析等。

三、结构健康监测系统的应用

SHM系统在建筑领域的应用已经非常广泛，涉及到桥梁、隧道、水坝、塔楼、高速公路、机场等各种建筑物。

1. 桥梁

桥梁是许多城市的重要交通干线，其安全性和稳定性直接关系到城市的基础发

展和人民生命财产安全。SHM系统可以监测桥梁的振动、应力和变形等参数，实

现自动监测和实时预警，对桥梁的安全运行和维护起到至关重要的作用。

2. 隧道

隧道作为重要的基础设施，对交通运输和城市发展起到至关重要的作用。SHM 系统可以监测隧道表面的位移、温度、潮湿度等参数，实现实时监测和及时预警，对隧道的维护和管控起到重要作用。

3. 塔楼

塔楼是一种结构复杂、高度巨大的建筑物，其安全性极为重要。SHM系统可以分析其振动、应力和变形等参数，发现问题，及时采取措施，从而保障塔楼的结构健康。

四、结语

结构健康监测系统是一项基于现代科技手段、利用传感器、数据采集器、数据传输装置和数据分析计算软件等元件的实时监测系统，实现了对建筑物结构健康状态的实时感知和实时预警，以及预测结构物的健康状况和未来的潜在问题。在建筑领域中，SHM系统的应用范围越来越广泛，未来还有更大的发展空间。