土木工程结构安全性在线评估及监测技术研究

土木工程结构安全性在线评估及监测技术研究

沈兆伟

山东电力工程咨询院有限公司  山东济南250013

摘要：随着全国范围内基础设施建设的逐步开展，对于土木工程设施的维护称为重中之重，需要一套对土木工程进行监控的方案。由于土木工程长期存在，该监控方案需要能够长时间提供稳定的监控能力，用于传统人工利用简易设备进行监测，这需要消耗大量人工成本且效率低下。由于传统建筑监测方案的不足，有学者提出一种利用有限元分析实现对建筑损伤进行识别，该方案通过将传感器采集到的数据进行降噪处理，然后进行模态参数识别，完成对建筑损伤的识别，但是用于建筑故障种类繁多，并且受限于传感器的精度，因此监测精度较低，通过多角度综合分析，得出建筑安全状况。但是，由于受限于设备信息来源问题，无法做到实时对建筑进行监测，不能及时掌握方案建筑状况。

关键词：土木工程；结构；安全性；在线评估；监测技术

1土木建筑在线监测方案

土木结构建筑包含范围广，监控时间长，如何实现土木建筑在线监测就成为亟待解决的问题，本研究利用分布式光纤布里渊监测技术实现建筑主体的检测，并利用小波变换对采集布里渊移频数据进行降噪处理，完成土木工程形变和温度异常的实时监控。

本研究利用光纤布里渊传感设计对土木工程结构的各项数据进行采集，设备系统对采集的详细信息进行汇聚。并研究了光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating,FBG）对布里渊信号的影响。由于布里渊频移会受到到周围环境的影响，需要对布里渊信号进行处理，利用小波变换对数据进行降噪处理，该技术大大提高了土木工程数据检测的准确性。在监测算法模型中，通过对光纤的智能共线系统能够实现数据信息的汇总，并将光纤材料的力学特性和光纤在建筑内部的分布情况综合到数据库中，通过分析光强功率的变化分析异常点到采集节点的距离，以此完成对异常点位置的定位，并通过运维平台进行标准化、协议化处理。

2土木工程结构设计安全性的提升策略

2.1选择水平较高的设计单位

设计单位是结构设计个体行为的主体，承担着制定和修改结构设计方案的日常任务。设计企业的水平将直接决定结构设计方案的质量，这将对工程的整体质量造成极大的危害。设计企业能力的评价标准主要是专业经验和精英团队素养。优秀的设计精英团队可以在更短的设计周期内获得更有效的设计方案。由于他们经验丰富，他们提供的结构设计方案一般都考虑了安全系数和合理性，并在施工单位的成本预算下使安全系数的利润最大化。然而，如果土木工程设计企业的设计水平较低，且成本预算相同，结构设计方案的科学性就会相对较低，导致许多工程项目出现以下结构产品质量问题，这将从源头上危及土木工程的性能指标。

此外，在整个土木工程过程中，施工单位的关键预算支出是其建筑装饰材料费和人工费。如果由于设计企业水平薄弱，结构设计方案不合理，将导致相同含义的原材料不符合相同安全系数的规范，导致材料成本的消耗，并极大地危及项目的经济效益。这些成本造成的损失远远高于不同设计企业设计费之间的价差。因此，应尽可能选择工作能力强的结构设计精英团队，为后续施工过程提供坚实的保障。

2.2加强信息管理技术的应用

在我国信息管理技术与建设工作日益融合的新时代背景下，土木工程结构设计利用其基础知识及其信息内容技术集成进行工程项目设计，进一步提高其安全系数。例如，土木工程设计人员借助统计学及其基本设计原理，讨论土木工程损坏的要素及其差距，利用信息管理技术对各种原因进行分类识别，分析损坏原因的发生概率和规律，并根据信息内容技术将分析结果可视化，为国内工程项目的设计提供有力的信息参考。此外，土木工程正逐渐与新的和升级的元素紧密结合。请能够在应用程序下创建更强大和多样化的设计。例如，施工团队可以使用智能信息内容立即分析必须基本施工的建筑结构。综合分析后，借助信息管理技术模型系统软件，建立模型，并进行进一步的模型拟合试验，深入探讨设计建筑对生态环境要素破坏的抵抗力。因此，我们可以看到，土木工程结构设计和信息管理技术的使用越来越普遍，这不仅提高了土木工程结构设计的效率，而且进一步提高了土木工程结构的设计质量。

2.3大力应用新结构、新技术

结构设计不仅要注重结构的合理布局和规格测量，还要注重结构核心概念的更新和技术水平的发展趋势。土木工程是我国现代化和现代化发展的重要形式。与土木工程相关的科学技术进步得到了中国政府部门的全力支持。专业知识的快速迭代更新对土木工程结构设计企业提出了更高的要求。就结构设计而言，应充分确立销售市场中原材料技术和结构设计技术的新变化，以确保它们不会消耗边际效益，并降低因过时的技术和概念而应完成的安全系数。例如，纤维混凝土是由化学纤维和混凝土混合制成的承重原材料。它具有抗压强度高、极限塑性好、耐碱性强的特点，可以大大提高混凝土结构的抗压强度和耐久性。此外，混凝土中掺入的化学纤维可以对结构中的松散结构起到外科缝合的作用。当材料出现裂缝时，化学纤维的出现可以合理地阻碍缝隙的扩大，从而保证混凝土的安全系数。例如，高性能混凝土是一种从废弃混凝土垫块转变为新混凝土的技术。将当天无法使用的废弃混凝土和粗骨料混合，完成混凝土材料的二次利用。该技术大大降低了结构设计中原材料的利用率。设计精英团队可以在工艺流程背后指定高性能混凝土作为结构的原材料，这不仅减少了材料损失，而且不会破坏结构的安全系数，从而实现两个核心概念的互利共赢。

3土木工程应变在线监测方案

3.1分布式光纤布里渊检测方案

在土木工程结构中常发生的安全性问题主要是材料膨胀系数不同，各个结构之间发生形变，造成不同结构之间产生内部应力，本研究利用光纤布里渊技术对建筑结构进行健康监测和结构损伤识别。布里渊散射是由于光子与声子之间产生交互作用造成的，通过布里渊散射的变化情况可以对光路中的温度和应变进行定位，在布里渊检测中通过在光纤的两端通入探测激光和泵浦激光，分析其发生的布里渊激光频差，通过连续检测得到的不同位置的布里渊移频，利用建立的布里渊移频与建筑结构的温度、形变的关系函数得出光纤任意位置的温度和形变情况，声波在光纤中进行传播拥有一定的速度，因此散射的光子的频率相对于入射光子会发生偏移，其偏移的程度称为布里渊移频。

3.2布里渊频移数据的滤噪处理

由于布里渊分布式光纤传感技术是分析散射信号的布里渊频移信号，通过分析布里渊频移信号的时空特性，可以得出光纤导路中不同位置的温度和形变数据。由于光纤通路固定在建筑墙体中，因此墙体的温度和形变会带动光纤的形变和温度变化，通过这种原理实现建筑实时监控。土木工程施工采用粗放式施工，这会对光路造成影响，使采集到的频移信号信噪比较低，需要对数据进行降噪处理。本研究通过利用小波变换对数据进行降噪处理，实现海量信息的局部特征的提取，在小波变换域中区分信号和噪音数据。

结论

采用本研究设计光纤布里渊频移监测方案可以更准确的对建筑墙体的形变和温度异常进行监测，但是由于光纤中光线频移数据复杂，在数据分析时是会出现一定的误差，因此需要更进一步的优化。

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