加固后結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)是保障工程結(jié)構(gòu)安全的重要手段，該技術(shù)涵蓋傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理分析及預(yù)警決策等環(huán)節(jié)，通過實(shí)時監(jiān)測評估結(jié)構(gòu)安全性，為工程維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，其關(guān)鍵技術(shù)包括研發(fā)全壽命性能監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、鑒定、加固改造一體化；結(jié)合預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固與應(yīng)變監(jiān)測，提升性價比和針對性，實(shí)際應(yīng)用中需分階段推進(jìn)，如前期文獻(xiàn)調(diào)研明確目標(biāo)，中期設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)并開發(fā)軟件，后期優(yōu)化預(yù)警模型。

加固后結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)概述

• 基于傳感器的監(jiān)測技術(shù)
  • 應(yīng)變計：可以粘貼在結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部，通過測量應(yīng)變變化來評估結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。例如在植筋加固后的混凝土結(jié)構(gòu)中，應(yīng)變計可用于監(jiān)測植筋應(yīng)力、混凝土內(nèi)部應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)整體變形，它具有靈敏度高、測量精度高的特點(diǎn)，但需考慮應(yīng)變計的安裝位置、粘貼質(zhì)量、溫度變化等因素的影響，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
  • 光纖傳感器：如光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，可測量加固結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變、溫度等參數(shù)。光纖傳感器具有體積小、分布式測量、實(shí)時監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，可用于植筋應(yīng)力監(jiān)測、混凝土內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測。不過其受光纖性能、粘接工藝和外部環(huán)境的影響，需考慮光纖損耗、溫度漂移等因素。光纖傳感器的耐腐蝕性和抗電磁干擾性使其適用于惡劣環(huán)境的監(jiān)測，并且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，大幅提升監(jiān)測效率。
  • 加速度傳感器：可測量加固結(jié)構(gòu)的振動和位移，評估其動態(tài)響應(yīng)，用于檢測結(jié)構(gòu)損傷和疲勞，提供預(yù)警信息。MEMS加速度傳感器小型輕便、抗沖擊能力強(qiáng)，適用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測的便攜性和實(shí)時性要求。
  • 位移傳感器：可測量加固結(jié)構(gòu)的變形，反映其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。常用的位移傳感器包括電位計、光電傳感器和激光傳感器，這類傳感器精度高、抗干擾性強(qiáng)，適用于精密監(jiān)測和變形量較小的結(jié)構(gòu)。
  • 應(yīng)力波傳感器：可通過應(yīng)力波的傳播特性評估加固結(jié)構(gòu)的損傷，采用非接觸式測量，適用于難以直接接觸的結(jié)構(gòu)監(jiān)測，并且應(yīng)力波傳感技術(shù)發(fā)展迅速，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中潛力巨大。
• 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測
  • 由多個無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成，可實(shí)現(xiàn)加固結(jié)構(gòu)的無線監(jiān)測。節(jié)點(diǎn)功耗低、自組網(wǎng)能力強(qiáng)，適用于大范圍、復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測，可實(shí)時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和實(shí)時預(yù)警。例如在加固結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，采用自組網(wǎng)技術(shù)，通過無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間信息交換構(gòu)建大型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)全方位數(shù)據(jù)采集。
• 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)
  • 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至云平臺或控制中心，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警。如在植筋加固后的混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，基于云平臺和移動端，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警，方便項目管理和決策。

數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)

• 數(shù)據(jù)處理算法
  • 采用時頻分析、模式識別等技術(shù)處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)特征，對損傷程度進(jìn)行評估。例如在加固結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，通過這些算法處理傳感器采集到的振動、位移、應(yīng)力等數(shù)據(jù)，以判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況。
• 損傷診斷模型
  • 基于損傷力學(xué)理論和有限元分析技術(shù)，建立損傷診斷模型，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)推斷結(jié)構(gòu)損傷位置和程度。在加固結(jié)構(gòu)中，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合損傷診斷模型，可以確定結(jié)構(gòu)是否存在損傷以及損傷的具體位置和嚴(yán)重程度。
• 人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用
  • 引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析能力，實(shí)現(xiàn)智能化健康評估和預(yù)警。在植筋混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，可應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法對壓敏材料數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和分析，通過特征提取和模式識別，建立結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估模型，識別結(jié)構(gòu)損傷的類型、位置和嚴(yán)重程度，并預(yù)測結(jié)構(gòu)耐久性。

健康評估與預(yù)警技術(shù)

• 結(jié)構(gòu)健康評估
  • 結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和損傷診斷結(jié)果，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法評估結(jié)構(gòu)剩余承載能力，為加固決策提供依據(jù)。例如在加固結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)概述中，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析，評估結(jié)構(gòu)的健康狀況，包括結(jié)構(gòu)的受力情況、變形情況等，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)的剩余承載能力。
• 預(yù)警閾值設(shè)定
  • 基于結(jié)構(gòu)健康評估結(jié)果，設(shè)定預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警閾值時，觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。在加固結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，預(yù)警閾值的設(shè)定是非常關(guān)鍵的，它能夠及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可能存在的危險情況并發(fā)出預(yù)警信號。
• 預(yù)報模型
  • 建立基于損傷演化規(guī)律和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的預(yù)報模型，預(yù)測結(jié)構(gòu)未來損傷發(fā)展趨勢和失效風(fēng)險。例如在加固后的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，通過建立預(yù)報模型，可以提前預(yù)測結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的損傷情況，以便采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防和修復(fù)。

加固結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)最新進(jìn)展

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用

光纖傳感器在惡劣環(huán)境下表現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的案例