土木工程结构健康监测的研究进展综述VIP免费

土木工程结构健康监测的研究进展综述摘要:对于大量进入老龄和维护期的土木工程结构,其安全性倍受重视,而具有多学科交叉特点的结构健康监测技术则是支撑土木工程基础设施安全运行和适时维护的一个有力工具。首先对各种结构损伤检测方法和无线智能传感技术的最新研究成果进行了回顾和评述;讨论了在线结构健康监测系统的关键问题;最后对结构健康监测和损伤检测领域今后的发展方向进行了展望。关键词:结构健康监测;损伤检测;振动参数;智能传感技术ASUMMARYREVIEWOFRECENTADVANCESINRESEARCHONSTRUCTURALHEALTHMONITORINGFORCIVILENGINEERINGINFRASTRUCTURES(1.DepartmentofCivilEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2.DepartmentofCivilEngineering,CaliforniaUniversityatLosAngeles,LosAngelesCA90095,USA)Abstract:Thestructuralhealthmonitoring(SHM)withthecharacteristicofmultidisciplinaryisapowerfultooltosupporttheoperationalsafetyandappropriatemaintenanceforcivilengineeringinfrastructures.Therecentadvancesinresearchonvarietiesofdamagedetectionmethodsandwirelesssmartsensingtechnologyarestated.ThefocusesoftheonlineSHMarediscussedandthepotentialchallengesinthefuturetoSHManddamagedetectionareaddressed.Keywords:structuralhealthmonitoring;damagedetection;vibrationparameter;smartsensingtechnology工程结构自建成后,随着服役时间的增长,不断受环境侵蚀和各种荷载以及自然灾害等的作用,若没有适当的维护,将使十木工程基础设施的状态逐渐趋于劣化而变得不可靠。例如,由于缺乏维护,美国联邦公路管理局(FHWA)声称,到2003年为止,美国27.1%的桥梁有结构缺陷或功能退化,而对所有59万多座桥梁进行更新和适当修复,需要今后20年每年投资94亿美元。2007年6月15日我国广东省九江大桥和美国当地时间2007年8月1日明尼苏达州位于密西西比河上的高速公路135W桥的坍塌,造成了很大的生命财产损失,对工程界产生了极大的震动,也使人们对很多工程结构的安全产生了疑问。造成结构倒塌和破坏的因素极其复杂,例如设计和施工不当以及随意改变使用功能;自然灾害、爆炸和冲击碰撞;还有就是结构损伤导致的结构破坏。对于受环境因素、载荷和自然灾害导致损伤、累积以及抗力衰减的工程结构,如上面的两个例子,可以通过一定的检测手段与方法来判断结构是否存在损伤,并对损伤定位和评估加固来避免破坏,这方面的研究成为目前学术和工程界的热点问题,国内外相关文献报道逐年上升。实现对土木工程基础设施的损伤检测和识别过程称为结构健康监测(StructuralHealthMonitoring,简写为SHM)。SHM过程包括从传感器阵列获得周期性采样的动力响应观测过程,从采样数据提取损伤敏感特性并对这些特性进行统计分析,然后用于判定当前结构系统的健康状态。SHM技术是支撑大型复杂土木工程基础设施安全运行和适时维护的一个有力工具。对于长期的SHM,根据结构完成预定功能的能力,考虑由于长期运行不可避免的老化和性能下降,这个过程输出周期性更新的信息(ModelUpdating)。在极端情况下,如爆炸、冲击或地震作用,SHM可用于快速灾害调查和近乎实时的提供关于结构整体的可靠信息。文献[1-2]对近期SHM的发展现状作了详细的总结和评述,然而传统方法是以数据采集和信息分析为主,其最大的缺点是设备昂贵、系统安装耗时以及数据量庞大。1结构损伤检测和识别技术结构发生损伤时,会不同程度地引起结构参数如质量、刚度和阻尼的变化,进而导致结构自振频率、振型和阻抗的96IndustrialConstructionVol.39,No.3,2009工业建筑2009年第39卷第3期变化。现有很多损伤检测方法都是根据这些参数而提出的,文献[3-6]对这些方法作了较为全面的阐述和评价。宗周红等[3]从损伤诊断、系统识别和模型修正以及传感器布置几个方面对土木工程结构损伤研究进展进行了综述;Rytter[4]在其博士论文中将损伤识别分为四个递进层次;第一层次确定结构中是否存在损伤;第二层次在第一层次的基础上确定损伤的几何位置;第三层次在第二层次基础上对损伤的严重程度进行量化;第四层次在第三层次基础上预测...