土木工程結(jié)構(gòu)安全性評估、健康監(jiān)測及診斷研究

張 波

新疆藍(lán)天七色建設(shè)工程有限公司 新疆 五家渠 831300

前言

土木工程項目逐漸興起，混凝土在施工的環(huán)節(jié)中結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的問題時有發(fā)生，其結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測的重要性較為顯著。為了有效避免安全事故的發(fā)生，根據(jù)當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)的實際情況做好損傷監(jiān)測，掌握傳感器系統(tǒng)以及具體的布置方式，有助于保證土木工程的穩(wěn)定性。

一、土木工程結(jié)構(gòu)安全性評估、健康監(jiān)測及診斷概述

（一）土木工程結(jié)構(gòu)安全性評估

土木工程結(jié)構(gòu)安全性評估是指對土木工程狀態(tài)進(jìn)行全方位的安全監(jiān)測，針對各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，根據(jù)當(dāng)前結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實際情況進(jìn)行準(zhǔn)確的測試，并由專業(yè)的技術(shù)人員將測試到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合與分析。在實際的監(jiān)測環(huán)節(jié)中，需要掌握相關(guān)的臨界失效的具體情況，將其與之進(jìn)行比較，針對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行科學(xué)的評估。做好安全評估的前期準(zhǔn)備工作，當(dāng)前的土木工程結(jié)構(gòu)的差異性較為顯著，在安全評估的過程中會受到程度的影響，仔細(xì)的對安全級別進(jìn)行鑒別。需要明確可靠性評估與安全性評估之間的關(guān)系，其中安全性評估的準(zhǔn)確率要比可靠性評估的準(zhǔn)確料率高。安全性評估主要是對施工階段的初始風(fēng)險進(jìn)行評估，針對在施工階段中存在的風(fēng)險因素進(jìn)行科學(xué)的分析，并將不同的風(fēng)險因素劃分為不同的等級。例如：對地質(zhì)條件進(jìn)行風(fēng)險評估的過程中，其概率范圍在＞0.3時，將中心值取1，則當(dāng)前的概率等級描述為“很可能”，其概率等級為5,；其概率范圍在0.03-0.3之間時，將中心值取0.1，則當(dāng)前的概率等級描述為“可能”，其概率等級為4；其概率范圍在0.003-0.03時，將中心值取0.01，則當(dāng)前概率等級描述為“偶然”，其概率等級為3；其概率范圍在0.0003-0.003時，將中心值取0.001，則當(dāng)前概率的等級描述為“不可能”，其概率等級為2；其概率范圍在＜0.0003時，將中心值取0.0001，則當(dāng)前的概率等級描述為“恨不可能”，其概率等級為1。

（二）土木工程健康監(jiān)測

土木工程結(jié)構(gòu)長時間處于運行的狀態(tài)，不及時維修會對結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。當(dāng)前土木工程內(nèi)部信息呈現(xiàn)多樣化的趨勢，在獲取信息的環(huán)節(jié)中要嚴(yán)格遵循土木工程結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實際特點，有針對性的獲取信息，保證工程建筑的穩(wěn)定性。在土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的環(huán)節(jié)中，實時對施工現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行勘察，對工程結(jié)構(gòu)的損傷情況進(jìn)行監(jiān)測，并獲取相關(guān)的內(nèi)部信息。土木工程結(jié)構(gòu)的特征具有多樣性，對工程的損傷程度進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，其中健康監(jiān)測所需要的時間較長。土木工程健康監(jiān)測系統(tǒng)組成方式較為復(fù)雜，主要由不同功能的軟件以及硬件構(gòu)成。其中用戶界面子系統(tǒng)將各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，其子系統(tǒng)的構(gòu)成方式簡單，操作方便。本子系統(tǒng)可以有效的滿足用戶的實際需求，將不同的方式以及功能有秩序的排列，方便后續(xù)查找工作的順利進(jìn)行。將收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的整合，為用戶提供不同的服務(wù)，為建筑工程的安全性評估提供理論依據(jù)，相關(guān)的專業(yè)人員可以根據(jù)評估的結(jié)果對其進(jìn)行定期的維護(hù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）土木工程健康診斷

土木工程結(jié)構(gòu)會受到內(nèi)部以及外部等多種因素的影響，其長期處于運行的狀態(tài)，為了保證施工的順利進(jìn)行，則需要對其進(jìn)行健康診斷，對健康診斷的關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行掌握，并對工程結(jié)構(gòu)的損壞位置進(jìn)行實時的監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)浇K端設(shè)備中，對建筑工程結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行住準(zhǔn)確的診斷，并對損傷的位置進(jìn)行精確定位，一定程度上為后續(xù)維修工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。在對土木工程結(jié)構(gòu)的健康診斷時，將結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境變化情況進(jìn)行實時的監(jiān)測，并與參數(shù)化的條件進(jìn)行對比，根據(jù)數(shù)據(jù)化技術(shù)的實際情況對結(jié)構(gòu)的損傷情況進(jìn)行分析與研究[1]。

二、土木工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測

土木工程結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測方法具有多樣性，需要充分根據(jù)當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)的實際情況進(jìn)行分析。其中整體檢測方式又包含不同的方法，借助動力指紋以及模式識別的方式對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度進(jìn)行檢測，實時對動力指紋的頻率以及影響函數(shù)進(jìn)行觀測，將結(jié)構(gòu)的可能發(fā)生的損傷情況進(jìn)行整合，并對動力指紋進(jìn)行比較，準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)對損傷程度以及位置進(jìn)行定位。模型修正與系統(tǒng)識別主要是進(jìn)行動態(tài)試驗實時對模態(tài)的參數(shù)信息進(jìn)行監(jiān)測，掌握模型的剛度分布情況，對剛度模型進(jìn)行修正，與之進(jìn)行比較，可以準(zhǔn)確的根據(jù)模型剛度的變化情況對結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行評估，當(dāng)模型能夠預(yù)測結(jié)構(gòu)的特征時，說明此時結(jié)構(gòu)完好，反之結(jié)構(gòu)受損。局部檢測方法主要包括聲發(fā)射法以及超聲光譜法等幾種方式，其中聲發(fā)射法主要對結(jié)構(gòu)的變形情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象時，其光纖會發(fā)生橫向應(yīng)變，可以對混凝土的完整性進(jìn)行檢驗。超聲波光譜法主要借助超聲波系統(tǒng)的優(yōu)勢，將正弦信號進(jìn)行準(zhǔn)確的輸入，與人工控制層相連接，對結(jié)構(gòu)的敏感度進(jìn)行分析，對結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行評估[2]。

三、土木工程結(jié)構(gòu)傳感器系統(tǒng)及布置方式

土木工程結(jié)構(gòu)傳感器主要包括光纖傳感器以及壓電材料傳感器等幾種形式，在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用范圍較廣，以其自身信息儲存量大的優(yōu)勢在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的過程中發(fā)揮優(yōu)勢，為結(jié)構(gòu)健康診斷工作帶來便利。影響傳感器系統(tǒng)布置方式的因素具有多樣性，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)的實際情況對傳感器進(jìn)行優(yōu)化，可以借助數(shù)字模型的方式進(jìn)行操作。例如：當(dāng)前傳感器布置方式主要有模態(tài)動能法，對振幅的情況進(jìn)行實時的監(jiān)測，對模態(tài)動能的大小進(jìn)行評估，根據(jù)優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)的實際情況將其進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，主要對模態(tài)動能較大的位置進(jìn)行觀察。模型縮減法也是其中的一種，其具有相對獨立性，應(yīng)用價值較為顯著，對低級模態(tài)進(jìn)行檢測，借助模型縮減法可以有效的將其保留。

四、結(jié)論

土木工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是施工的關(guān)鍵，要求相關(guān)的施工技術(shù)人員嚴(yán)格按照土木工程的施工順序進(jìn)行施工，做好建筑工程的安全檢測評估工作，針對在實際監(jiān)測環(huán)節(jié)中存在的問題進(jìn)行及時的糾正，注重對傳感器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，一定程度上有助于從整體上提升土木工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。