土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评

摘要 我国正处于混凝土建筑物事故的高发期，很多新建成的大型高层建筑都存在混凝土质量通病的问题。还有就是建国初期建设的建筑物也已经临近使用年限，所以混凝土安全评估和健康检测势在必行。

关键词 必然性；应力与结构变形；健康监测系统组成；安全评估

中图分类号TU4 文献标识码A 文章编号 1674—6708（2012）76—0057—02

0 引言

混凝土建筑的一般使用周期为50年。目前为止我国很多建筑都已进入了这一年限。为了及时清除安全隐患，更好、更安全的使建筑物发挥其功能，就要采用安全评估和健康检测相互结合的方式。

1 健康检测的必然性

导致混凝土建筑结构发生破坏和功能退化的原因是多方面的，有些破坏是人为因素造成的，但大多数破坏因素是由于功能退化和自然因素造成的。自然原因中，循环荷载作用下的裂缝失稳扩展是造成许多建筑结构发生重大责任性事故的主要原因。近些年由于大型混凝土建筑的疲劳监测和混凝土养护上的不充分，发生了几次重大的混凝土建筑坍塌和大面积被破坏的事故。对混凝土构件和本身的承载能力都大大削弱，直接影响到混凝土的使用寿命。通过事故调查表明结构的自身状态和建筑使用过程中的自身伤害如果通过即时的检测和管理，可以冲根本上预防重大事故的发生，其效果可以直接增加建筑寿命。

当代建筑的结构在设计上越来越趋向于大体积，小质量、结构形态多变和功能复杂化。对结构的性能检测都要在施工前通过模拟检测手段在实验室内完成。但是大体积混凝土结构所受到的影响是很多因素形成的，自然环境和认为因素的复杂化是在实验室中不能被模拟的。所以在设计前多建筑结构的复杂环境和认为因素的估量还是比较困难的。所以确定建筑结构的安全性和进行成本总造价的估算以及对项目的发展方向确定是十分有必要的。建筑结构早期的病害处理可以通过安全监测及时发现，能提前对其做出整改，避免频繁维修造成的人员和材料管理上的浪费，大大的节约项目的成本开支。

混凝土的健康监测就是对建筑结构进行破检检测，实时监控结构的整体行为，对结构的损伤位置和程度进行诊断，对建筑的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为建筑在非正常自然环境条件下或使用时发生特殊结构量便及时发出预警信号，为建筑物的维修、养护与管理争取时间并提供理论依据。安装结构健康监测系统是提高结构梁的养护管理水平，保证建筑安全运营的高效技术手段。

特别值得一提的是，混凝土结构的健康监测和施工监控系统均是通过检测和监测手段，测试建筑结构的内力环境、变形量、以及外力荷载，因此，它们在传感器系统、数据传输系统和数据采集系统都具有很大的共享性和重复性。此外，两个阶段在时间顺序上具有衔接性，施工监控阶段的监测数据是健康监测阶段的基础。为了节约资源、降低工程造价，应充分发挥两个系统的共享性，对上述两个系统进行统筹规划和实施，即采取统一设计、统一施工和统一管理的方式，以实现建筑结构的健康监测和施工监控两位一体的工程实施。

2 结构及应力检测

结构状态的改变造成其具有灵敏及精确的特性。所以当建筑结构的内部形变放生变化的同时，建筑的健康检测系统就发挥了其功效。他可以通过监测把我建筑的结构量变。除此之外当建筑结构受带外力损伤的时候监测系统也可及时发出报警功能。监测系统通过建筑的结构变形判断出建筑存在的安全隐患。因此，结构变形的监测对于结构受到外力侵害的预警均有重要的意义。通过变形监测能够达到以下目的：修正计算结构内力的有限元模型；根据监测结果直接判断结构梁的适用性。

结构的形变是判断结构安全与否的直观的指标，建筑结构在处于亚健康状态时其特征往往是具有隐蔽性的，其自身的应力分布和结构性变就会变为一场值。所以建筑结构的形变是非常需要重视的。结构应力监测主要目的在于：直接判断测试位置应力是否处于安全水平；校核结构模型修正及损伤识别的结果。

对建筑结构的应力和变形量具有显著的影响主要条件是结构温度环境。结构健康检测系统对传感器的要求比较严格，要求其能长期的处于工作状态，并保证数据的真实性和稳定性。所以在健康检测系统中其设备一般都选用光纤光栅传感器，因为其精度满足要求、测试通道容量大、长期工作性能稳定、不受电磁干扰的特点，通过多点布控可以直接消除环境温度对检测系统造成的误导。

3 健康监测系统组成

大量的系统分模块和子系统构建了健康监测系统，其中涉及到许多功能的不软件和硬件系统，建筑结构资料的采集技术是通过不同软硬件进行测算的，此举可以保证数据的准确性。并使整个系统形成网络并同时进行远程监控。

用户界面子系统是结构健康监测及综合管理系统是用户使用的最终端产品，是结构健康监测子系统、数据库子系统、数据采集子系统以及其它边界子系统的集成界面，为用户提供一个友好的、一致的、易学的、易用的、美观的、分布式的操作平台，把整个系统有机地结合起来。

本子系统主要通过集成各子系统的功能，为用户提供统一的操作界面，通过图形的方式向用户展示需求分析中所列举的信息，实现分布式、远程访问的方法与功能。本子系统具有以下特点：分布式的操作平台，提供本地用户及远程移动用户的访问；用户操作的友好性、一致性、易学性、易用性、美观性；分级别或权限的展示界面。

系统形成后的资料将通过报表的形式即时直观的体现出来，用户直接通过系统提供的数据对，月度、季度、乃至年度的建筑结构安全进行有效的信息安全评价。用户可以通过系统获得的数据决定对建筑结构实施维修、养护等措施。

系统工程在通过试运行后就开始了为期2年的系统维护及升级服务，在这一段时间内系统的供货单位将无偿为客户提供非人为性的系统保修、更换等工作。

4 安全评估意义及作用

危险隐患的查找分析，以及危险隐患的预测都要属于安全评估的所属范围。其对建筑结构安全的预防措施都可以很准确的发挥作用。在评估过程中可以加大对安全隐患的重视力度，在萌芽状态将其消除。对潜在安全隐患可以采取监控的处理方式，定期对其监督。一旦发现马上解决。安全评估的检查项目如下：