建筑健康监测

摘要:对于大量进入老龄和维护期的土木工程结构,其安全性倍受重视,而具有多学科交叉特点的结构健康监测技术则是支撑土木工程基础设施安全运行和适时维护的一个有力工具。首先对各种结构损伤检测方法和无线智能传感技术的最新研究成果进行了回顾和评述;讨论了在线结构健康监测系统的关键问题;最后对结构健康监测和损伤检测领域今后的发展方向进行了展望。

关键词:结构健康监测;损伤检测;振动参数;智能传感技术

Abstract: The structural health monitoring (SHM) with the characteristic of multidisciplinary is a powerful tool to support the operational safety and appropriate maintenance for civil engineering infrastructures. The recent advances in research on varieties of damage detection methods and wireless smart sensing technology are stated. The focuses of the online SHM are discussed and the potential challenges in the future to SHM and damage detection are addressed.

Keywords:structural health monitoring; damage detection; vibration parameter; smart sensing technology

（1）结构健康监测的研究最新进展？

基于目前土木工程结构的建设越来越复杂化，对其进行有效的结构健康监测，显得尤其的重要。土木工程的结构健康监测是指利用无伤传感技术来获取其结构的内部信息，进而对其的结构系统进行系统的分析。对一个土木项目来说，从开始施工到竣工的整个阶段进行长时间的结构健康监测是工程项目健康运转的关键环节。基于其在运用之中采用无伤传感技术，极大地增加了其实际使用价值。即可以及时的发现土木结构的结构损伤又可以对结构造成零伤害。下面就我国的土木工程结构健康现状和国际上的现状做相关了解。

1.我国土木工程结构健康监测现状

在近几年，我国在该领域发展迅速，诸多的国外先监测进技术渗入到我国该领域之中。目前常采用整体损伤检测方法、神经网络法、遗传算法、系统模型识别法、动力指纹分析法等对土木工程结构进行长时间系统结构健康监测。

1.1 动力指纹的分析法。

该种方法基于物理学中的阻尼、刚度、质量等角度对土木结构进行监测，一旦结构发生一定的改变其在诸多的物理现象中都会出现异常。该种方法的关键在于建立安全状态下的各物理数据库，进而在实际的监测中，利用这些标准数据和检测数据进行比较分析，来准确的确定结构损伤的大概情况。但从实际情况看，基于一定的振动结构损伤识别的方式，在依托物理原理进行中，其效果最为显著。其工作原理是利用振动方式对结构产生一定的感应，进而利用仪器检测产生的感应数据，诸如位移、频率等。依托这些传感数据建立合理的数学模型，再和理论的数据模型进行比较分析来判断结构的损伤情况。依托其原理，在其模式上建立了模型修正和系统识别的方法，该种方法主要在对于数模的建立以及依据实际情况进行不断的修正优化。在对结构模型的建立，则需要依托强有力的数据库，所以说其是基于动力指纹分析法发展而起的。从实际的效果看，动力指纹法对结构损失的定位效果十分优良，具有一定的实际价值。

1.2 神经网络法。

该种监测法也是基于计算机技术发展而起的。依托强的数模思想进行建模监测。该种方法的思路主要来自于模拟大脑神经系统。实际中，在建模的过程之中对数据的要求比较的高，要求数据的准确性、全面性，这样才能建立合理的切合实际结构的数学模型。这种方法不像动力指纹方法那样过分的关注其物理性质，而是对结构进行系统的潜在问题分析，从而得到结构在不同情况的理论数据。在对神经网络的建立中，其实是建立实际监测数值与一定参数间的函数关系。当电脑数据员输入一定的参数就可以获取监测的数模模型，进而得到结构损伤的信息反馈。该种方法可以充分的依托与各种物理数据，进而建立健全的关系网络，从而使得其在实际的使用当中具有极大的数据储存功能，在对于监测确定的背景下采用该种方法可以对数据库、结构等领域的优化。该种方法不仅拘囿于传统的线

性模式，而且能很好的适应于非线性下的体统监测。对于非线性下的系统监测，可以很好的达到指纹振动法中振动监测的效果，减少了大量的设备要求，避免了环境的影响力度。但是，其也面临着诸多的技术限制，在进行神经网络法时，基于建立的模型往往变化复杂，这就加大了其在实际操作中的难度。然而，经过上述的阐述我们也看到了其多角度的进行不同的数模建立，对土木结构的更加全面系统的监测，自动化的电脑技术更加增大了其一定的工作效率。目前常用的神经网络种类很多，但都是基于以上的功能模式展开完善和研究。

1.3 遗传算法。

该种方法是模拟达尔文的自然选择和遗传学进行计算的数学模型。该种方法是基于自然选择进行优化进而找出最优解的过程。该种方法需要其他的信息和辅助知识，所以只需加大对限制条件函数的数据分析。在遗传法中，可以同时处理多个结构关键点，进行多角度的数据评估反馈。极大的减少了局部检测造成的漏检现象；其在计算过程中，基于结构的确定性，因而采用了概率的方式来增大评估效果。

2.国外土木工程结构健康监测现状

2.1 伴随着光纤技术的发展，其已广泛运用于传感技术领域，构成了现在的光纤传感技术。该种比较新型的技术广泛运用于现在的信息传输领域。其依托光纤进行迅速的信息传输。由于其在实际的运行当中，基于光波的传输频率、波长等物理因素的感知来获取信息的传输变化。针对其高效率、精准度的特点，光纤也慢慢渗入到土木工程结构的健康监测之中。该种全新的技术，在数据的传输过程当中，具有较高的数据容量；在检测当中可以准确的测量出建筑物的实际负载量。而且在实际的使用当中，操作比较的方便。在建筑物建筑施工时，将光纤传感器埋入结构之中，并且要在铺设之前对大楼的结构进行整体的分析，进而合理的设置铺设点，形成一个完整的监控数据网络。这样在对土木建筑的后期监测时，数据处理中心就可以接受到感应器关于承受力、结构受力平衡的数据反馈。这样可以对土木建筑物的实际情况作出准确的判断，全面的了解结构损伤情况。然而，该项技术还比较的先进，在光纤设备等方面成本还比较的高，但其的确具有一定的实际价值。