土木工程结构健康监测的研究状况

土木工程结构健康监测的研究状况

郑海梅

德通建设集团有限公司 陕西榆林 719000

摘要：在进行土木工程建设过程中，需要对其结构进行实时监测，以保证结构的稳定性和质量，使整个工程结构以及质量达到预期效果。为此，文章重点分析了土木工程结构健康监测系统使用的必要性，在分析该系统构成和原理的基础上，

研究了该系统的诊断方法和优化设计，为该系统的发展和土木工程的建设奠定了坚实的基础。

关键词：土木工程结构；健康监测；研究状况

1、土木工程结构健康监测系统构成及原理

1.1构成

工程结构健康检测系统是一种无损检测系统，通过对结构等建筑特性的分析，以及对整个工程的检测，发现部分应变退化。该系统主要是利用传感器技术分析工程结构的特性，测试工程结构可能出现的损坏或故障，该系统可用于提高土木工程结构施工质量，同时可修复其质量的细节部位，进一步提高其质量水平，充分发挥其土建结构的实际作用。一个合理的健康监测系统可以与多种技术集成，综合应用。例如，传感器系统、信号转换系统和计算机数据传输系统通过终端连接，计算机的数据分析能力用于分析传感器系统获得的信息。利用信号转换系统，将传感器系统获得的信号转换为数字信号，并传输到计算机终端进行分析。数据传输系统用于确保数据传输的真实性和有效性。根据分析结果对计算机终端做出相关反应，并对各个系统进行组装、自动化集成，使计算机终端能够直接控制机械系统，并解决疾病问题，减少人为操作错误，整个系统的安全评估和实用性也充分具有保障作用，能够使土木工程结构健康监测系统顺利完成工作，对安全生产也有一定的保障作用。

1.2原理

该系统的具体工作原理主要是通过数据测量系统监测工程结构的状态，分析可能的故障原因，判断结构的损坏程度，进一步测量损坏部位，并派人进行维修。识别和安全评估是系统的重点。在损伤识别方面，主要分析损伤的来源，确定损伤是人为因素还是自然因素。人为损坏可能是由于操作不当或使用不当造成的设备结构损坏；就自然因素而言，地震、滑坡等自然灾害造成的外部伤害在施工阶段没有发现，但经过长时间的施工降水，破坏进一步扩大可能会引发事故，因此在早期破坏时要对结构变化进行实时监测，根据异常数据的变化找到具体的修复位置，这样可以降低土木工程的安全风险。在安全评估方面，通过监控系统对结构进行安全评估，采用各种测试方法对安全状态进行测试，并根据测试结果获取具体数据进行评估，因此其评估是以数据为基础的，工程结构可按等级划分确定。其在安全性方面不仅具有评价功能，而且具有可靠性，可以进一步提高工程施工的稳定性，采用一体化施工达到机械化施工和加固施工的目的，使建筑的安全性得到进一步提高。在具体的土建施工中，可以以桥梁施工为例，在桥梁施工中检测桥梁下的荷载，防止荷载不能满足要求，导致桥梁基础不稳定。此外，还应分析局部应力状态，以确保获得准确的应力分析结果，并应建立监测传感器，实时监测应力状态，采用动静结合的多角度观测方法准确测量数据。

2、土木工程结构健康监测系统诊断方法与优化设计

2.1诊断方法

研究土木工程结构健康监测系统的具体诊断方法，可以判断是否存在问题，明确优化方向。诊断方法是利用固有频率变化损伤诊断方法，例如在某地的工程建设中，利用传感器对土木结构进行实时监测，并对土木结构的频率变化进行数据回收，如果频率变化出现问题，表明该地区土木结构存在异常状况，需要对其进行深入分析，并且通过多种频率的不断刺激可获得相关数据，如果比较分析的结果差异较大，证明该地区的土木工程结构存在损伤状况，需要对其进行维修以保障土木工程的正常质量。此外，还可以利用振型变化来诊断损伤，结合曲率法和图形法进行综合运用。一般在损伤的土木结构中，其刚性会下降，故振型曲率会进一步增大，因此在检测过程中可以利用传感器系统对其振型曲率进行数据回收，如果振型曲率出现明显增大的现象，表明该处土木结构出现了损伤。另外，还可以利用变化图形法，根据振型变化图确定损伤的位置，找到其变化的位置，并针对该位置进行修补，这样可以达到高效修复损伤的效果。

2.2优化设计

在具体的优化设计方面，需要合理布置传感器位置，可以利用BIM技术固定传感器位置。在某处工地建设中，引进了BIM技术，在设计时设计师可以利用BIM技术对每个可以安装传感器的位置进行模拟，根据动态变化对其监测效果进行分析，保留监测效果良好的位置，去除监测效果不佳的位置，以此给出完善的设计方案，同时，使传感器布置更加优化，感受更加灵敏、更加丰富，所获取的信息更加准确，方便工作人员获取准确的数据用于数据分析，在土木工程建设中可以给出明确的指导意义，防止结构出现问题而造成极大的损失。

3、土木工程结构健康监测系统未来发展

目前土木工程建设发展前景较为广阔，为了提升土木工程的具体工作效能，要从其特性方面进行发展，提高土木工程的结构质量，同时提高建设效率与质量，这样才能够满足目前城市化不断发展的需求。在结构健康监测系统方面，要增加对土木工程具体形态的监测系统数量，以保证在建设之前就可以得到准确的模型建设，并对具体的质量问题进行提前标注，减少其内部存在的结构问题。同时，要加强监测系统的耐久性和实用性，主要是提升监测系统的能源供应以及能源消耗方面，以保证充足的能源供应，利用可持续发展能源，提高能源利用率，在监测方面可以达到长久的使用效果。明确监测意义，找到具体的监测目标，并根据目标制订监测方案，如果对全局信息进行监测，则会导致大量的资源浪费在无用信息上，而无法真正发挥专有目标监测效果，可能会由于疏忽而导致部分数据出现异常而未被发现，最终造成损失。加强各种技术的结合运用，以保障技术使用的稳定性和实用性，由于各技术发展已较为成熟，因此在使用过程中配合起来更加默契化，同时利用成熟的技术带动其他技术的发展，也为技术的融合提供了可能。技术的融合有利于技术自身的不断发展和创新，使技术的发展方向更加明确，使技术的使用效果更加良好。

因此，在监测时要加强现代化技术、数字化技术、信息化技术等多方面技术的综合使用，能对系统的建设起到一定的帮助作用，使其系统建设得更加完善化，并且使数据的计算更加高效，可以明确给出数据分析结果，以保障建设施工不会出现偏离。

4、结束语

综上所述，在土木工程结构建设过程中，需要监测系统对其进行纠正，如果缺少监测系统，则可能造成重大的经济损失和出现质量不过关的情况。监测系统能够建设合理的监测系统，通过监测系统的具体职能、特殊工作性能进行优化，使监测系统的监测工作更加完善，可以在土木工程中发挥更大的作用，以保障其结构的质量。同时，利用监测系统有利于促进土木工程在我国市场经济中的进一步发展，产生更多的经济效益。

参考文献：

[1]闫晗．通用土木工程结构健康监测系统平台[J]．电子技术与软件工程，2017(21)：152．

[2]杨跃民．建筑工程主体结构质量检测的有效措施[J]．工程技术研究，2020，5(6)：175一176．