土木工程结构健康监测系统的研究现状及进展.doc

1引言目前我国土木工程事故频繁发生,如桥梁的突然折断、房屋骤然倒塌等,造成了重大的人员伤亡和财产损失,已经引起人们对于重大工程安全性的关心及重视。另外,我国有一大部分桥梁和基础设施都是在20世纪五六十年代建造的,经过这么多年的使用,它们的安全性能如何?是否对人民的生命财产构成威胁?这些都是亟待回答的问题。近些年,地震,洪水、暴风等自然灾害也对这些建筑物和结构造成不同程度的损伤;还有一些人为的爆炸等破坏性行为,如美国世贸大楼倒塌对周围建筑物的影响。这些越来越引起人们的密切关注。对重大工程结构的结构性能进行实时的监测和诊断,及时发现结构的损伤,并评估其安全性,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全有极其重大的意义,已经成为现代工程越来越迫切的要求,也是土木工程学科发展的一个重要领域。结构健康监测系统可以实时采集反结构服役状况的相关数据,采用一定的损伤识别算法判断损伤的位置与程度,及时有效地评估结构的安全性,预测结构的性能变化并对突发事件进行预警,因而可以较全面地把握结构建造与服役全过程的受力与损伤演化规律,土木是保障大型工程结构隐建造和服役安全的有效手段之一。2健康监测系统的基本概念结构健康签测(structuralhealthmonitoring,SHM)是指利用现场的无损传感技术,分析通过包括结构响应在内的结构系统特性,达到检测结构损伤或退化的一些变化。损伤识别:工程结构一般会受到两种损伤,即突然损伤和积累损伤。突然损伤由遭地震、洪水、飓风、爆炸等严重的自然或人为灾害等突发事件引起,而积累损伤则一般是结构在经过长时期使用后缓慢累积的损伤,具有缓慢积累的性质。对于损伤识别的目标,有工程师提出了损伤检测的5个层次:判断结构中是否有损伤产生,损伤定位,识别损伤类型,量化损伤的严重程度,评估结构的剩余寿命。理想的损伤识别方法应该具备的另一重要性能是,能够区分结构建模误差引起的偏差与结构损伤引起的偏差间的区别。安全性评佑:结构安全性评估是基于健康监测和损伤识别的基础上,通过各种可能的、结构允许的测试手段,测试其当前的工作状态,并与其临界失效状态进行比较,评价其安全等级。对予不同的结构,其重要程度不同,安全等级也应该有所差别。安全性评估与可靠性不同,可靠性为一种概率,一种可能性;而安全性评估旨在给出确定的安全等级。3结构健康监测系统组成及其功能分析结构的健康监测是一种实时的在线监测技术。一般健康监测系统包括以下几个部分:(1)传感器子系统。传感器子系统为硬件系统,功能为感知结构的荷载和效应信息,并以电、光、声、热等物理量形式输出。该子系统是健康监测系统最前端和最基础的子系统。(2)数据采集与处理及传输子系统。包括硬件和软件两部分,硬件系统包括数据传输电缆/光缆、数模转换(A/D)卡等;软件系统将数字信号以一定方式存储在计算机中,数据采集通用软件平台有VisualBasic,VC++,Delphi,LabWindows或LabView等。采集的数据经预处理后存储在数据管理子系统中,数据采集子系统是联系传感器子系统与数据管理子系统的桥梁。(3)损伤识别、模型修正和安全评定与安全预警子系统,由损伤识别软件、模型修正软件、结构安全评定软件和预警设备组成。在该系统中,一般首先运行损伤识别软件,一旦识别结构发生损伤,即运行