结构健康监测与智能诊断技术研究
结构健康监测综述
结构健康监测综述发布时间：2021-07-06T10:32:34.840Z 来源：《基层建设》2021年第10期作者：望辉[导读] 摘要：结构健康监测是指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到识别结构损伤或退化的目的。
广州建筑股份有限公司广东广州 510000摘要：结构健康监测是指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到识别结构损伤或退化的目的。
对结构进行长期的健康监测，可以从科学的角度对结构从施工阶段和竣工投入使用后的整个服役期的运行状况进行监测和评估。
关键词：结构健康；监测；系统引言近年来，随着科学技术的迅速发展和快速发展的中国建筑行业，极大的推动了我国经济和基础设施建设的发展。
当建筑给我们生活质量带来改善和提高的同时，不容忽视的是建筑行业的快速发展与建筑结构安全之间的矛盾也日益突出。
近年来，国内外的工程事故层出不穷。
如桥梁的突然折断、建筑骤然倒塌等，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和重视。
如何通过科学的手段来获得结构整个生命周期的健康状况，评价其是否安全可靠，以便为结构施工、维护及改建做出正确决策和避免建设高峰带来的事故高峰，保证人民生命财产安全，合理的结构健康监测已发展为当前土木工程研究的一个重要课题。
1结构健康监测的发展及研究现状[1]结构健康监测技术起源于20世纪50年代，最初目的是进行结构的载荷监测。
随着结构日益向大型化、复杂化和智能化发展，结构监测技术的内容逐渐丰富起来，不再是单纯的载荷监测，而是向结构损伤检测、损伤评估、结构寿命预测乃至结构损伤的自动修复等方面发展。
结构健康监测的前提是从工程结构中提取能够反映结构特征的参数信号，如应力、应变、温度、变形、速度、加速度、位移等局部或整体信号，然后利用合理有效的信息处理方法从采集的原始数据中提取结构损伤和老化信息，对结构所承受的载荷和结构运营状况进行监测，为结构的安全使用和维护工作提供参考，达到降低维护费用，预报灾难性事件的发生并将损失降低至最小的目的。
钢结构桥梁的健康监测与维护
钢结构桥梁的健康监测与维护随着城市建设的快速发展和交通运输的不断完善，钢结构桥梁作为重要的交通设施也逐渐增多。
然而，由于长期的使用和环境因素的影响，钢结构桥梁往往容易出现各种问题。
因此，针对钢结构桥梁进行健康监测与维护显得尤为重要。
一、健康监测的意义和方法对于钢结构桥梁而言，健康监测是及时了解其结构变化和病害状况的重要手段，能够提供数据支持，确保桥梁的正常运行和安全性。
健康监测主要采用物理、化学、力学等多种手段和方法进行，包括但不限于以下几种。
1. 非破坏性检测技术：通过利用超声波、电磁波、红外热像等非破坏性手段对桥梁结构进行检测，可以有效发现潜在的裂纹、锈蚀等问题。
2. 环境监测：监测桥梁所处环境的变化，包括气候、温度、湿度等因素，以评估其对桥梁结构的影响。
3. 病害诊断技术：通过对桥梁各部位进行详细的检测和分析，确定潜在的病害及其严重程度，并制定相应的维修计划。
二、钢结构桥梁维护的重要性钢结构桥梁维护是延长其使用寿命、确保安全运行的关键环节。
及时维护可以修复已经出现的病害，同时预防未来可能发生的问题。
以下是保持桥梁良好状态的几个维护要点。
1. 表面涂层维护：钢结构桥梁常常受到氧化、腐蚀等环境因素的影响，定期进行表面涂层维护可以有效防止钢材锈蚀、疲劳断裂等问题。
2. 病害修复：根据健康监测结果，及时修复桥梁上出现的各类病害，如裂缝、断裂、锈蚀等问题，以防止其扩大和进一步损坏。
3. 支座检修：支座是桥梁承受荷载的重要部分，定期检测和维护支座的稳定性和可靠性，以确保桥梁的正常承载力。
4. 定期检测：定期对桥梁进行全面检测，包括主梁、连接件、桥面、栏杆等部位，以及关键构件的疲劳寿命和强度的评估。
三、桥梁健康监测与维护的挑战与发展在钢结构桥梁健康监测与维护的过程中，仍然面临一些挑战。
比如，监测手段的准确性、监测频率的确定、维修材料的选择等问题。
同时，随着科技的进步与应用，桥梁健康监测与维护也在不断发展。
智能桥梁结构的健康检测
智能桥梁结构的健康检测随着检测技术、计算机技术、电子技术和通讯技术等相关学科的进‘一步深入，桥梁结构健康监测技术正朝着智能化发展。
智能桥梁结构健康监测的研究，符合人们希望通过迅速发展中的工程检测、通讯、控制与计算机技术，对采用新技术、新材料、新工艺的新型桥梁结构实施检测和指导养护管理的目的。
桥梁结构健康监测是一个复杂的系统，它包括桥梁结构关键部位的测试数据的现场采集、数据与指令的远程传输、数据储存与处理、结构安全状态的评估与预警等。
这些齐全的功能特性，使得桥梁结构健康监测不仅仅能够对桥梁结构的安全状态进行监控与评估，它还可能成为桥梁结构研究的“真实试验室”，即通过其在桥梁运营中所获得的结构及环境信息，不仅为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导，还为桥梁的理论研究与试验、提供最真实的第一手信息，获得实际桥梁结构全面的动、静力性能，加深人们对桥梁在各种交通条件和自然环境下的真实行为的理解，从而验证大桥的理论模型、结构设计、计算假定，指导桥梁结构设计方法、施工工艺与相应的规范标准等的改进。
因此桥梁结构健康监测的研究和发展，不仅对桥梁建设、管理具有现实意义，而且更将可能对桥梁设计与研究、特别是将来实现“智能公路、铁路系统”等产生深远的影响。
智能桥梁结构概述智能桥梁结构的含义智能桥梁结构是指将智能材料嵌入桥梁结构中，能使桥梁结构感知和处理信息，并执行处理结果，使桥梁结构具有自监测、自诊断、自适应和自修复等仿生功能，确保桥梁结构在外部环境和车辆荷载的作用下安全可靠。
2.、智能桥梁结构的特点(1)具有感知与驱动性能的材料经过复合和仿生设计形成传感器与驱动器，并布设于桥梁结构中;(2)对智能感知材料、驱动材料和智能器件进行集成，形成类似于生物体的智能结构;(3)以处理和控制为中心，对感知的信息进行处理，产生决策，控制驱动材料去执行。
综上所述，智能桥梁结构就是把目前广泛使用的离线、被动、静态的检测变为在线、动态和实时的监测，并根据感知信息去分析、判断，控制驱动器，使桥梁结构的各方面性能得到改善，这是减灾防灾的思路产生质的飞跃，是实现桥梁结构设计思想的一场革命。
土木工程结构健康监测技术的应用及展望
土木工程结构健康监测技术的应用及展望摘要：近年来，在我国建筑行业快速发展下，为保证土木工程结构在施工阶段和使用阶段的安全性，应用健康监测技术来实时监测和评估结构的性能状态是很有必要的。
基于此，本文介绍了土木工程结构健康监测的主要内容和相关法规的发展情况，介绍了近些年来国内应用监测技术的典型案例，总结了监测技术存在的问题及今后的研究方向。
关键词：健康监测；结构安全；施工阶段引言结构健康监测（SHM）是指运用现场无损传感技术与信号分析技术实现检测结构损伤，最终实现结构损伤或老化的早期预。
其发展大致分为人工经验判断、信号建模分析、智能诊断三个阶段。
其理念萌芽于20世纪50年代航空航天领域，在土木领域应用始于20世纪80年代美国的Sun-shineSkyway的监测，随后推广至其他民用结构，如德国莱特火车站大屋顶支柱位移监测系统、意大利某著名教堂环境腐蚀监测系统。
自20世纪末起，土木结构的大型化、复杂化、智能化发展使得结构健康监测愈发重要，从单一的荷载应力监测到结构损伤检测、快速定位、寿命预测等方向百花齐放，学界对其研究也愈发深入，其中北美、日本及欧洲等地区的研究范围最广、内容最多。
而我国健康监测整体起步较晚，2000年后渐增，但由于集成技术复杂、成本昂贵，大多仅应用于大跨桥梁、地铁、隧道施工、基坑、边坡工程以及坝体结构等项目，如深圳湾公路大桥的结构监测、北京地铁四号线南站的施工监测、三峡水利枢纽工程坝段的安全监测等。
虽然国内部分领域健康监测水平已逐步和国际接轨，但在大跨度、复杂结构上的健康监测仍处于初级阶段，虽已有部分高层结构健康监测实例，如中央电视台新台址、国家体育场等，但这些监测主要针对施工过程监测，而且虽有部分动力特性监测，但具体实施方案落实困难。
1使用土木工程结构健康监测系统的必要性国家社会建设离不开土木工程，在土木工程建设过程中如果发生事故，可能会对施工人员造成威胁以及对经济造成极大的损失，因此要对其结构的健康情况进行监测，防止结构出现问题，造成安全隐患的存在，威胁人们的生命安全。
中小跨径桥梁结构健康监测系统设计研究
SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯中小跨径桥梁结构健康监测系统设计研究景亚彪(新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830017)摘要：中小跨径桥梁在交通网络中发挥着重要角色。
由于中小跨径桥梁的数量大，工作效率低的人工检测方法不能满足这类桥梁健康监测的需要。
目前，桥梁结构健康监测系统主要应用在重要的大型桥梁上。
在外界自然环境和车辆荷载的共同作用下，中小跨径桥梁在长期的服役过程中健康状况不容乐观，因此有必要针对这类桥梁进行健康监测系统设计与研究，满足国家战略部署和社会经济发展的需要。
关键词：中小跨径桥梁健康监测桥梁管养设计与研究中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)09(a)-0106-03桥梁结构是交通网络的重要组成部分，在国家战略方针、社会经济发展方面以及各地区文化交流中占据十分重要的地位。
桥梁在长期的服役过程中，受到交通负荷、环境侵蚀、材料老化等因素的影响而导致桥梁结构损伤，由于桥梁结构损伤而引发的交通事故不胜枚举，这不仅使人们的生命财产无法得到保障，还衍生出恶劣的社会影响。
人工检测是检测桥梁安全性的传统手段，具有主观性强、工作效率低、成本费高等众多缺点，不能满足数量巨大的桥梁结构安全检测的发展需要。
我国在桥梁结构健康监测方面的研究相较于国外发达国家起步晚、发展难度大的劣势。
桥梁健康监测系统经过30多年的研究和发展，满足了国内大部大跨度桥梁结构健康监测的需求[1]。
中小跨径桥梁虽然在桥梁中占据着最大比例，但是其建造费和养护费低，中小跨径桥梁结构健康监测系统的研究与应用相对较少。
陈宇哲[2]将应力（应变）作为基本的检测指标，实现了对空心板梁桥和T 梁桥的安全预警目标。
毛琳等研究者[3]设置应变和倾角的安全阈值，实现了对小箱梁和空心板梁桥安全状态的评估目标。
程勋煜等研究者[4]开发了桥梁养护管理系统，提高了中小跨径桥梁监测数据的管理水平。
桥梁健康监测技术的研究进展
桥梁健康监测技术的研究进展桥梁作为交通运输的重要枢纽，其安全性和可靠性至关重要。
为了确保桥梁在长期使用过程中的结构稳定和正常运行，桥梁健康监测技术应运而生。
近年来，随着科技的不断进步，桥梁健康监测技术取得了显著的研究进展。
桥梁健康监测技术的主要目的是实时获取桥梁的结构状态信息，及时发现潜在的安全隐患，并为桥梁的维护和管理提供科学依据。
这一技术涉及多个学科领域，包括传感器技术、数据采集与传输技术、信号处理与分析技术以及结构评估与预测技术等。
在传感器技术方面，传统的传感器如应变计、位移传感器和加速度传感器等仍然被广泛应用，但新型传感器的出现为桥梁健康监测带来了更多的可能性。
例如，光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、耐久性好等优点，能够实现对桥梁结构的分布式监测。
此外，无线传感器网络的发展使得传感器的布置更加灵活便捷，降低了安装和维护成本。
数据采集与传输技术是桥梁健康监测系统的重要组成部分。
目前，高速数据采集设备能够实现对大量监测数据的实时采集，同时，无线通信技术如蓝牙、WiFi 和 4G/5G 网络的应用，使得数据能够快速、稳定地传输到远程监控中心。
在数据传输过程中，数据加密和压缩技术的应用保障了数据的安全性和有效性。
信号处理与分析技术是从采集到的海量监测数据中提取有用信息的关键。
先进的信号处理算法，如小波变换、经验模态分解和希尔伯特黄变换等，能够有效地去除噪声，识别出结构的特征信号。
通过对监测数据的分析，可以评估桥梁结构的动力特性、静力性能以及损伤程度。
此外，机器学习和人工智能技术在数据分析中的应用也越来越受到关注。
例如，利用深度学习算法可以自动识别桥梁结构的损伤模式，提高损伤诊断的准确性和效率。
在结构评估与预测技术方面，基于监测数据的有限元模型修正技术能够更加准确地反映桥梁的实际工作状态。
通过将监测数据与有限元模型的计算结果进行对比，不断修正模型参数，从而提高模型的精度。
同时，基于概率统计的可靠性评估方法能够综合考虑各种不确定性因素，对桥梁结构的安全性进行更加科学合理的评估。
风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估
风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估近年来，随着节能环保意识的逐渐增强，风力发电成为可再生能源的重要组成部分。
而风机叶片结构的健康监测与诊断系统的性能评估则在风力发电领域扮演着重要的角色。
本文将对风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能进行评估，并探讨其对风力发电行业的影响。
一、引言如何确保风机叶片的结构健康，维持其良好的工作状态，一直是风力发电行业亟待解决的问题。
采用健康监测与诊断系统可以实时监测风机叶片的结构健康状况，及时发现并解决问题，提高风力发电的可靠性和经济效益。
二、风机叶片结构健康监测与诊断系统的原理风机叶片结构健康监测与诊断系统主要由传感器、数据采集单元、信号处理单元和判定单元组成。
传感器通过对叶片结构的振动、温度、应力等参数进行实时监测，将数据传输至数据采集单元。
数据采集单元负责对传感器采集到的数据进行存储和处理，并将处理后的数据传输至信号处理单元。
信号处理单元对数据进行滤波、降噪等处理，提取出叶片结构的特征参数，并将特征参数传输至判定单元。
判定单元根据预设的健康状态判定算法，对叶片结构的健康状况进行评估和诊断。
三、风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估指标风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估指标主要包括精度、实时性、可靠性和扩展性。
精度是指系统对叶片结构健康状况的准确性，即诊断结果与实际状况的接近程度。
实时性是指系统对叶片结构健康状况进行监测和诊断的及时性。
可靠性是指系统在长期运行过程中能否保持较高的稳定性和可靠性。
扩展性是指系统能否在不同类型或规模的风机叶片结构上进行应用，并满足各种使用需求。
四、风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估方法风机叶片结构健康监测与诊断系统的性能评估方法主要包括实验评估和数值仿真评估。
实验评估通过在实际风机叶片上安装监测系统，进行真实环境下的监测和诊断，验证系统的性能。
数值仿真评估则通过建立风机叶片的数值模型，模拟叶片的运行状态和结构响应，评估系统在理想状态下的性能。
结构健康监测技术方案
江西交通科学研究院
Intro to
SHM
3.2 – 数据传输
• 数据需从采集站传递到监控中心 • 允许远程监视, 减少现场工作量
电话
Section: 3
采集站
网络 无线技术
监控中心
江西交通科学研究院
Intro to
SHM
3.3 – 数据预处理
Section: 3
• 数据存储前进行 • 目的在于清除一些不可靠的数据、测试噪声 、
桥梁结构日常使用主要问题-结构劣化
• 导致结构性能劣化的因素…
因素1
既有结构缺乏足够的检测和监测
目前状况 后果
只有到结构继续维修时才引起重 视
维修费用甚至超出更换费用
江西交通科学研究院
Intro to
SHM
因素2 状况
结果
1.引言
钢筋混凝土结构中的钢筋 锈蚀
钢筋的变形导致混凝土开 裂和剥落
Section: 1
温度影响等，尽量使存储的数据更真实可靠， 以便于将来的数据分析 :
更简单 传输更快 更精确
江西交通科学研究院
Intro to
SHM
3.4 – 数据存储
– 可保存较长时间段内的数据 – 数据要易于理解 – 数据尽可能不中断 – 要有足够的存储空间
• 数据文件格式要好，可读性强
• 通常存储分析处理后的数据而不存储原始 数据
江西交通科学研究院
Intro to
SHM
3.1 – 数据采集
Section: 3
(b) 传感器安装和布置
传感器的安装必须不影响原有结构性能
传感器的附属设施如：缆线、线槽、 连接箱等 需 不妨害结构使用
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结构健康监测与智能诊断技术研究
近年来，随着经济的发展和世界变化的加速，建筑物已经成为城市中不可或缺
的一部分。
然而，建筑物的质量与安全问题成为了人们关注的焦点。
由于建筑物的使用年限不一，建筑物的耐久性成为了一个重要的问题。
结构健康监测与智能诊断技术研究就是为了解决这个问题而提出的。
一、结构健康监测技术
结构健康监测技术是一种实现结构物动态监测、评估和预警的手段。
通过对建
筑物内部的结构进行连续而全面的监测，可以及时发现各项指标的异常，从而提高建筑物的安全性和使用寿命。
在结构健康监测技术中，传感器的作用是收集数据。
现在已经有了各种各样的
传感器，比如温度传感器、加速度传感器、倾角传感器等等。
它们可以实现对建筑物的各个部位进行动态监测，比如墙体、柱子等等，从而确定其健康状态。
通过结构健康监测技术，我们可以得到结构物内部的各项数据，例如位移、变形、内力、损伤等等。
同时，这些数据能够在一定程度上反映结构物的健康状况，并提供最新的监测结果。
这些数据被称为监测信息。
最近，一种全新的结构健康监测技术被提出，这种技术基于机器学习的模型构建。
该技术可以将结构物的各种监测信息进行深度学习处理，并针对特定问题建立模型。
通过与实际数据的对比，确定模型的准确性，并为下一步的探索提供重要的支持。
二、智能诊断技术
智能诊断技术是一种通过利用计算机技术等方法从建筑物的各种监测信息中获
取结构物运行情况的技术。
与传统监测方式相比，它可以实现更高效、精准的分析。
首先，智能诊断技术会对结构物的各项监测信息进行处理和分类。
同时，这些
数据将被存储到数据库中，供后续的分析和比较。
然后，对建筑物的各项数据进行统计和分析，根据各种指标的变化趋势来推测建筑物的运行状态，并给出相应的预警。
智能诊断技术非常重要，因为它可以帮助我们更好地理解结构物的运行状态，
并尽早发现其问题。
这可以帮助我们采取一些措施，比如检修、维护和更新。
三、结构健康监测与智能诊断技术的应用
通过结构健康监测与智能诊断技术，我们可以实现对建筑物的全面监测和评估。
这可以为建筑物的管理和维护提供重要的支持。
具体应用包括以下几个方面：
1. 对新建筑物进行健康监测，以确保其安全性和使用寿命。
2. 对老旧建筑物进行健康监测，以确保其安全使用。
3. 在自然灾害发生时，及时监测建筑物的情况，并采取相应措施。
4. 通过健康监测和智能诊断技术实现建筑物的全面管理，以提高建筑物的使用
效率和安全性。
结构健康监测与智能诊断技术是一种非常重要的技术，它可以帮助我们更好地
了解建筑物的健康状况，并及早采取措施保障生命财产安全。
同时，在实际应用过程中，还需要不断完善相关技术和方法，以提高监测的准确性和可靠性。