土木工程结构健康监测系统的简介

总结以往的经验和教训，增设长期的健康监测、振动和损伤控制系统，已成为世界范围的热点课题。

1土木工程智能监测与诊断系统智能监测与诊断

1.1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。智能材料在航空、航天、机械等领域已取得实际应用，针对土木工程的实际情况，对土木工程结构进行短期检测，使用这些智能材料都是可行的。技术成熟、外部设备要求较少的电阻应变丝是比较理想的材料，但其存在性能不稳、易受干扰等问题。光纤是用于长期监测的最理想材料，虽然它所需的外部设备最为复杂且昂贵，但它具有信号稳定、抗干扰、多参数准分布测量等优点，这也是近10年来在土木工程方面受到重视的原因。法布里珀罗干涉传感器与布拉格光栅传感器是最具前途的两种传感器。疲劳寿命丝是寿命预测、健康评估用最理想的材料，因为它具有记录损伤积累的功能。若将几种材料在制作传感器时相融合会得到更好的效果，如将光纤与碳纤维融合，在小变形时用光纤监测，大变形时用碳纤维。若想在结构的监测过程中，还需对其施加作用力，形状记忆合金与压电材料最理想，因为它们除传感功能外，还具有驱动功能。

1.2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工程健康监测系统亟需解决的问题。近年来，不断发展起来的多传感器信息融合技术以其强大的时空覆盖能力和对多源不确定性信息的综合处理能力，越来越成为信息处理领域的强有利工具，从而可以有效地解决上述4个方面的问题。多传感器信息融合理论的基本原理就是充分利用多个传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息依据某种准则来进行组合，以获得被测对象的一致性解释或描述，使该传感器系统由此而获得比它的各组成部分的子集所构成的系统更优越的性能。信号处理的核心内容是提取特征信息，在土木工程健康监测中的核心内容就是有效地提取结构损伤特征信息。充分利用现代信号处理方法，如高阶谱分析、时频分析、小波分析、神经网络等方法，对各传感器传输来的信息进行智能处理，通过数据融合理论表征结构特征损伤信息，便于对结构进行安全与损伤评价。

2结语

土木工程结构在服役过程中，不可避免地遭到环境荷载、疲劳、腐蚀、老化等等因素的影响，必然产生损伤累积，从而导致抗力衰减，如不及时采取有力措施，如维修或报废，其存在的隐患是难以估量的。随着经济的发展，我国已到了新建与维修并举的阶段，大量的现役工程结构存在损伤，如何评价其安全状况、评定其剩余使用寿命必须借助智能监测与诊断系统。在新建的工程结构中安设监测系统，将获得的信息验证其结构分析模型、计算假设、设计方法的合理性，对结构进行全寿命健康监测意义重大。

参考文献[1] 欧进萍，关新春.土木工程智能结构体系的研究与发展[J].地震工程与工程振动，1999，19（2）.

[2] 张启伟.桥梁结构模型修正与损伤识别[D].同济大学，1999.

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