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结构的健康监测

我们该如何得知结构在使用中是否安全可靠?给结构看个病?

结构的智能健康监测成为了人们有效的手段。对已建好的结构与设施使用有效及合理的手段进行安全状况的监测和诊断, 并针对性的进行修复,以确保结构在服役期间的安全性。

智能监测可以利用无损传感器系统来对结构工程进行分析并探测结构所发生的变化,将结构的损伤及其劣化的性能揭示出来,然而因为结构工程具有特殊性, 且受结构型式多样化、以及服役的周期长短等多种复杂因素的影响, 用来进行监测的系统也复杂多样[1]。

智能监测与健康诊断

智能监测主要由传感器与监测设备两部分组成,将传感器布置于结构工程的监测点,用于实时获取结构工程中的变化信息,如位移、挠度等的变化。传感器将获取的信息传回监测设备,再由监测设备对获取的信息进行分析。然而在实际的结构工程中, 监测传感器一般是处在较为不稳定且恶劣的环境中, 这就要求监测传感器具有较强的耐久性和稳定性。当智能传感材料问世后, 类似光纤等灵敏性高,耐久性强具有实时传输信号能力的先进材料,为人们在结构工程中可以长期持续的对结构进行监测给予了坚实的基础。

光纤传感原理

健康诊断则是根据监测设备所获取的信息,通过专业人员或者专业软件进行辅助分析,从而推断结构的使用情况,并对监测到的受损位置进行定位,制定针对性的修复手段,对受损部位进行加固及修复,以保证结构的安全性。

智能监测在实际工程中的应用

对结构较早进行智能监测且具有代表性的有位于黑龙江省呼兰县的呼兰河大桥。呼兰河大桥是连接哈尔滨与肇兴的主要交通枢纽, 它全长约420m, 最大的跨度为42 m, 是国内较大的预应力钢筋混凝土箱形梁桥。因为该桥施工复杂、工期短、跨度大、交通流量较大和所处使用环境冬夏温差较大等原因, 对其进行结构健康监测便具有重要的实际意义。

在大桥施工建设中便将多个光纤光栅传感器布设到预应力箱形梁上, 目的是在施工阶段监测箱形梁的受力与安全状况, 在大桥服役阶段监测通车流量和桥梁的疲劳损伤状态。大桥建成通车后,光纤光栅传感器经受住了考验, 存活及性能良好, 监测了大桥在服役状态下的变形与温度变化过程,给人们提供了重要的信息[2]。

智能监测的发展

结构工程的智能监测与健康 诊断系统还处于起步点, 对通过监测到的信号,来判断结构是否健康的科学理论还不完善。即使智能传感器在很多领域,如航空航天和机械领域获得的成效相当显著,但要将其引入到结构工程中却仍然还有很多问题需去处理,如耐久性的问题、智能传感器如何更好的与结构本身相结合等。

因为结构的损伤本身具有的复杂性, 所以对智能传感器优化布置进行研究的时候, 就要全面并且经济的将结构信号提取出来。目前对结构工程健康监测和对其损伤进行定位还没有具体的统一标准,怎样去建立起能够反映出结构特性类型的数据库,对研究人员来说具有极其重大意义。

结构工程在应用服役的过程中, 必定会受到环境因素等多方面的影响, 从而导致损伤的累积, 最终发生抗力的衰减。如果没能及时发现并给予维修或者报废, 这其中隐藏的隐患将难以预测。所以, 我们对结构工程进行智能监测与健康诊断,保证其服役状态的安全性能,对保护人民群众的生命财产安全具有重要意义。

参考文献

[1]欧进萍. 重大工程结构的智能监测与健康诊断[C]// 全国结构工程学术会议. 2002.

[2]欧进萍, 周智, 武湛君,等. 黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术[J]. 土木工程学报, 2004(01):45-49.

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作者: ganggouren

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