智能材料在土木工程中应用论文

智能材料在土木工程中的应用研究摘要：智能材料是本世纪新诞生的一种材料，智能材料的产生灵感源于仿生物学，它作为本世纪新型材料发展的重要方向。智能材料在土木工程应用方面上有很大的冲击力。本文对智能材料定义和特性进行介绍，分析智能材料在土木工程中的应用及其现状，展望新时代智能材料在土木工程的发展，以期推进智能材料在我国土木工程中的广泛应用。

关键词：智能材料；土木工程；应用

中图分类号：tu7 文献标识码：a 文章编号：

1672-3791(2011)10(c)-0000-00

建筑之所以产生是因为其能满足人们最基本的需要。远古时代人们用天然材料来建造能够躲避风吹雨打的建筑。以往传统的材料结构大致都是增加构造材料，并且采用合适的形式，进行加大对工程的管理。然而，以上传统的办法完全是一种被动的方法、制约的方法，一旦建筑物进入使用后，人们就几乎控制不了它们的结构，使用者的意志力转移不了结构，至今为止人们对结构的预防仍是一件很困难的事情

1 智能材料的概述

目前智能材料还没有统一的定义。不过，对它的定义大多是大同小异。总的来说，智能材料指的是具有感知环境刺激，并且对环境的刺激进行分析、处理、判断，采取适当的措施进行适度反应的具有智能特性的新型材料。

1.1 智能材料的特性

一般说来，智能材料的功能表现为：反馈功能、传感功能、响应功能、信息识别与积累功能自诊断能力、响应功能、自修复能力和自适应能力、自诊断能力。

具体来说，智能材料有以下的内涵:

（1）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度,如核辐射，光，电，热，应变，应力，化学等；

（2）反应比较灵敏；

（3）能够按照设定的方式选择和控制响应；

（4）具有驱动功能，能够响应外界变化；

（5）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度，如电，光，热，应力，应变，化学，核辐射等；

1.2智能材料的重要性

在当今世界，越来越显得智能化。在许多方面，人们无法判断材料内部是否产生了变化，只能在它完全表现出来被破坏了才得知材料已经遭到破坏，此时大多数会造成许多事故。智能材料能够提前检测出材料内部出现问题，从而反应给管理者使其对材料进行更换，同时也能提醒管理者对材料进行恰当的应用，以免在不了解的情况下超过了材料的极限。

智能材料在各个领域都有很大的发展前景，比如在建筑方面，能够诊断出建筑物的健康状况；在航空方面，创造出合适的智能材

料以适应环境的变化，降低由于天气原因而发生的飞机事故；在医疗方面，能够为残疾者提供更完善的假肢；在军事方面，还可以用来提高军事防御能力，增强对敌军的威胁，也可以降低噪声。

2 智能土木结构工程现状

解决完整安全性、持久性和评估结构的力度的问题是智能土木结构的被渐渐重视和实用的原因。为了大大的降低维护和修理的费用和加强估计的能力，可以对建筑物进行土木结构的性能的监测和预测。

目前的水平不能很好的对土木结构工程继续进行很好的检测并控制，也不能很有效的对土木结构工程被损坏情况进行预测和正确的评价。这些方法存在的不足是利用把预测点从外面往内部的方法。从另外一个角度来看，它将会不可避免的渗入各种各样的数据信息,并且发生混乱，这样带来的后果就是使得监测失去了它原有的意义，同事也降低了效率，更严重的是会导致一个错误的结果。智能材料在土木结构工程里面安装新型传感器，并且构成一个规模庞大的网络，具备了同时检测结构的功能。它主要应用于大型水力发电工程、桥梁、现代高层建筑等土木工程，比如大水坝、船闸、和采油平台等大型的混凝土结构中已经尝试在结构中心安放新型传感器来构成智能型的土木结构工程。近几年我国智能大厦出现比较多。

3 智能材料在土木工程中的应用

在我国，人们非常注重对智能材料与结构的研究,近几年我国通

过不同的方法支持智能材料与结构的研究.目前许多项智能材料及其在土木工程中的应用研究正在我国进行着。目前,智能材料与结构在土木工程中的应用主要是将智能材料，比如碳纤维等，混入到混凝土中,使混凝土构件具有自我增强、自我诊断、自我愈合以及自我调节的功能。

3.1 智能材料划分种类

智能材料大体上划分为两大类：一类是对内部或外部的刺激感应,如辐射、化学、力、热、声、光、电、磁等作用具有感知性能的材料，称为感知材料。这类材料主要有压电材料、形状性记忆合金、光导纤维及其各种类型的传感材料：另一类，则是能够对外部条件或在内部发生变化时做出反应的材料，称为驱动材料，如磁致伸缩材料、压电材料、电流变体、电致伸缩材料、磁流变体和功能凝胶、形状记忆合金等。

3.2 工程应用分析

系统集合、驱动器、传感器和控制器是四个主要技术材料系统。智能材料系统已经在具体结构的损坏评估、根基、桥梁检测及安全检测等获得很显著的成果，它的优越性能土木结构工程实践应用中很显现出来。

在我国内外智能材料系统研究的重点是对大型混凝土结构的安全检测。现代的先进技术在混凝土中混入了光导纤维材料，光导纤维材料主要用于通讯方面，力度监测技术主要用于替代一般的导线，这样子有利于办公室实现建筑自动化，新的智能传感器也可以

利用新型智能材料制作的传感器来控制电力、空调和火警，同时也能够利用他们来控制温度、检测压力、以及电动闸门等。判断结构根基好与坏的最好办法是在其根基中加入光导纤维控制器。把适量碳纤维材料加入到水泥溶浆中，外面的压力变化会影响变硬性的电阻变化，这就是回应力敏感，在结构内部接近损坏时就会自动报警，这是在混凝土结构中碳纤材料具有的自我诊断性能。实行对桥梁、大水坝和重要工程结构的在线检测和伤害评估就是利用这个性能。桥梁是需要承受负荷的结构。因此，一般情况下将桥梁所受的强度与负荷一起研究，同时根据检测器的检测结果对桥梁检修，这样可以减少了不少费用。

随着科学技术的发展，大的土木工程结构和系统内各部分，如横跨的重要工程结构、超高层建筑物、大型的桥梁、大型的海洋开采油井平台等大型工程的不断涌现，它们需要很长的存活周期。结构在外界和内部不利因素的影响下，会不可避免的出现损坏，甚至出现事故。在上个世纪的中后期，一系列由于材料引起的灾祸唤起人们的了解和重视

4 结论

智能材料在土木工程中重要的应用，是自动化控制技术发展、计算机科学、材料科学的重要阶段的产物。因此，土木工程的未来深受高科技材料发展的影响。对此我们国家需要长久的对其研究下去，采取新方法，引进国外先进技术，从而提高我们国家对于智能材料在土木工程的应用，增加我国建筑的各种性能。