土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评

李晓勇

摘 要：土木工程事故频繁发生，如桥梁断裂，房屋倒塌等，造成一定的人员伤亡和经济损失，还会给人们的正常生活带来影响。其主要原因是缺乏對土木工程评估的监测。当前，我国对土木工程结构安全性评价、健康监测和诊断评价的研究较少，缺乏实用的技术，相关的研究文献也较少，尚处于一个新的发展阶段，已落后于土木工程其他方面的发展，因此，需要进一步加强研究，提高土木工程结构的安全性。

关键词：土木工程结构;安全性评估;健康监测;诊断评述

前言

为营造良好的居住环境，提高居住质量，我国建筑行业发展迅速，土木工程建设数量与日俱增。但综观当前土木工程建设，关注点和研究重点都集中在设计和施工技术上，更多的是环保节能、技术创新。但对土建结构的施工和后续结构的检测却被忽略，本文针对土建结构的安全性评价、健康监测和诊断进行研究分析。

1土木结构安全性的健康监测系统

在土木工程安全性能评估中，健康监测系统是一项健康诊断与评价的基础，可以对土木工程安全状况进行健康诊断，并进行安全预防预测。许多情况下，有些工程建筑物会安装监控检测系统，但在某些工程上并未安装，虽然不安装，但安全监测系统，但也不至于发生太大严重性后果，一般在施工时，都会安装传感器进行测量，也只是在局部结构上进行安装和监测，而且还会临时布置，但在工作效率、作用与健康监测系统不太一样，它们在基本工作效果方面是一样的，而且传感器也有方便使用和安装省时省力的优点，且在普通建筑物中使用，取得了很好的效果。卫生监测系统包括了许多方面：传感系统包括了检测元件的选择、传感器网络结构系统的布置、检测装置的选型与构造、卫生监测中心所处核心位置的监测采集系统，它能发挥最重要的作用，能及时预测和控制结构出现的异常行为，对监测结果进行及时报警，并通过报警信号传递给监测控制中心，及时进行处理与诊断，从而实现对监测结构健康状况的良好评价与判断，还包括一部分数据的采集，然后对数据进行分析、处理，在此阶段一般是由功能强大的计算机系统完成的，计算机系统具有强大的数据采集功能，能很好地对数据进行分析处理，由计算机完成是再好不过的。在结构安全性能方面，传感系统占据了重要地位，同时也具有重要的价值意义，在检测采集信息时，传感器能将信息及时传送到监测中心系统，从而完成对结构健康状况的一种评价，传感器起到了承上启下的联接作用，在对工程结构性能进行健康监测时，能对出现的异常情况作出预测和报警，并通过信号传递出去，及时通知施工人员，及时处理，起到很好的效果，系统内部自带的故障诊断功能，经其自身的异常识别后，进行自我修复，再方便系统安全有效地运行。

2理论性分析

安全性评估：主要是运用一定的检测手段、设备、技术，对土木工程目前的工作状况进行检验，分析其临界破坏状况，并与试验结果进行比较，最后确定和评定工程的安全等级。安全评估在此并非可靠性，而是给出工程的安全等级。根据安全级别，要求工作人员分析是否需要进一步修理。

健康监测：对土木工程结构的健康状况，即其实际结构是否能满足预期功能进行监测。在土建施工到后期投入使用期间，随着时间的推移，损伤将不断积累，而健康监测则是利用无损伤检测方法对土建结构进行监测，获取结构内部信息及结构反应，分析了解结构因损伤、退化而产生的变化。在结构损坏之前，确定它的变化是否会导致安全隐患，确保结构的安全，这是一种实时的在线监测。

健康诊断：这是土木工程的诊断，主要是因为土木工程结构在施工和使用过程中，会受到某些自然、假设的破坏，例如桥梁，长期处于荷载作用下，有时也会超负荷工作，加上地震、强风等因素，导致桥梁损坏。因此，有必要对结构进行检测，通过指标来判断结构是否受到损伤，确定损伤的部位和程度，进行安全性分析，并确定使用寿命。并根据诊断结构，作出相应的判断与决定。

3土木工程结构的安全性评估、健康监测及诊断技术

3.1土木工程的安全性评估

对土木工程的安全性进行评价，了解安全状况，确定安全等级;安全评价是一项较为复杂和繁琐的工作。在编制评估报告之前，需要根据土木工程结构进行连接，找出土木工程结构存在的潜在安全隐患和潜在危险，确定土木工程结构的安全等级，进行数据分析并做出评估报告，对土木工程结构内部的破坏、混凝土等相关结构进行评估，同时还要注意一种准确的风险评估。随后根据评估报告，对其进行安全评级，建立安全预警机制，针对实际存在的安全隐患，制定相应的预防措施和保护措施。保证土建施工的安全性，避免在施工过程中发生突发故障，造成无法弥补的损失。

3.2土木工程结构健康监测及诊断

3.2.1土木工程结构健康监测

在以上内容中，健康监测已经做了简单的分析，健康监测依靠一定的技术手段，运用先进的信息技术，实现监测及其如神经网络技术，利用神经网络技术，首先建立了相应的损伤参数，然后用计算机建立了土木工程结构的完整模型。该技术可应用于各种复杂的土木工程结构监测，也可避免外界包括噪声等因素对环境的影响。这种技术的应用主要集中在数据处理和优化上。

光纤传感技术是一种利用高效的数据传输功能，利用光纤传感器，将其植入土木工程结构中，利用其对压力的敏感性，监测结构内部恶化裂缝的情况，并将其反馈给有关数据。通过数据处理和分析，确定了该结构的损伤状态。

利用电压传感技术，将电压传感器置入结构内，通过传感器感受结构的内力状态，判断是否存在安全隐患。若结构发生损坏，对传感器造成挤压，使电气设备端形成电位差，从而产生电位波，分析数据，确定损坏的具体情况。

3.2.2土木工程结构健康诊断

在进行健康诊断时，首先要确定相关安全指标，诊断结构是否有损伤，并对结构进行评估。除应用上述技术外，还采用了振动诊断、超声诊断、射线诊断等技术对土木结构进行健康监测。传感器通常被用来获取数据，实现诊断，包括超声波传感器、微型压力传感器等。当进行土木工程结构的健康监测与诊断时，必须注意所用仪器必须具有稳定性和耐久性，并能满足长期监测诊断的要求;所监测的数据必须稳定、准确;在确定损坏情况时所采用的方法必须可靠、稳定;利用网络信息技术，实现自动检测、故障预警。

3.3在土木工程结构检测诊断和安全评估系统

安全评价是基于健康监测与诊断的全过程，安全评价是对监测诊断的最终结构进行分析与评价，因此，建立一个土木工程结构的健康监测评价体系，该体系包括传感器系统、数据采集与分析系统、监测中心、诊断功能相关的硬件软件。

传感系统，就是利用聚义的传感器，如光纤传感器，可以对各种信号进行监测，避免干扰。在传感器配置中，还提出了多种方式来实现传感器的优化配置，包括模态动能法、有效独立性法、遗传算法等，以达到传感器的最佳配置。利用动态指纹技术、模式识别技术、神经网络技术等多种方法进行损伤监测，取得了较好的效果。进行数据分析，最后确定诊断结果，并根据检测结果进行安全性评价，确定安全等级，制定相关措施及决策。

结语

总之，就土木工程结构安全评价与健康监测及诊断进行了分析，首先对一些基本术语作了阐述，然后对其安全性评价、健康监测、健康诊断的具体技术与方法进行了分析。目前，在土木工程建设发展中，对其结构的健康监测与安全评价工作重视不够，尚需加强研究，引起有关部门的重视，以确保结构的安全，避免发生突发性事故。

参考文献

[1]宗周红.土木工程结构损伤诊断研究进展[J].土木工程学院，2015，（7）.

[2]谢强.土木工程结构健康监测的研究现状与进展[J].中国科学基金，2014，（12）.

[3]张秀庭.土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评[J].居舍，2017（29）：3.