结构健康监测的研究最新进展综述.doc

摘要 土木工程结构健康监测的研究是近年来国际学术研究的热点问题之一，涉及许多不同的研究领域，如数据采集系统、信号处理、结构分析等。阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性和迫切性，介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用，分析研究了结构健康监测系统的各个子系统的功能、特点和实现方法，重点讨论了实现各子系统的理论、方法和存在的若干力学问题。 关键词：土木工程结构，健康监测，监测系统，损伤诊断，安全性评估 Abstract The health monitoring of civil engineering structures is an important research field, which covers various areas, such as data acquisition system, signal processing, structure analysis. In this paper, the necessity and urgency to implement structural health monitoring in civil engineering are discussed, including the concepts, structures and applications of the structural health monitoring system. All subsystems are analyzed with respect to their functions, characteristics and implementations. The theories, methods and mechanical issues of the subsystems are emphasized. Keywords : civil engineering structure, health monitoring, monitoring system, damage diagnosis, safety assessment 结构健康监测的研究最新进展综述 重大土木工程结构,如水坝、桥梁、电厂、军事设施、高层建筑等,在遭受地震、洪水、飓风、爆炸等自然或人为灾害时的安全问题,与人民的生命财产息息相关,已经引起人们的广泛关注。上述重要结构在经历了极端灾害性事件后,立即对他们的健康状况做出评估是非常必要的,实时地监测和预报结构的性能,及时发现和估计结构内部损伤的位置和程度,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定,合理疏散居民,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。故而,结构的健康监测技术成为当前国内外研究的热点问题。 1结构健康监测概述 结构健康监测(structural health monitoring,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。 结构健康监测是通过对工程结构在超常荷载前后响应的变化测量，分析推测工程结构特性的变化，并据此探测损伤位置和评价结构的损伤程度。其主要包括损伤识别和安全性评估两个部份。 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、咫风、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，Sohn和Farrar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。 安全性评估：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。对于不同的结构，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。 2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：其中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