結構健康檢測技術是近年來新出現(xiàn)的一種對建筑物或構筑物進行常規(guī)“體檢”和“健康”監(jiān)測的重要手段,主要方法就是利用智能傳感儀器對建筑物或構筑物結構進行實時監(jiān)測、動態(tài)管理和趨勢研判。
通過在被監(jiān)測對象內(nèi)部或表面預埋或附加各類傳感器組成監(jiān)測網(wǎng)絡,實時感知建筑物結構對自身服役狀態(tài)、外部環(huán)境侵蝕、極端荷載作用、周邊擾動入侵等行為響應的重要信息,以便對其損傷破壞、性能退化、運營效率等健康狀況作出智能評估和決策,為建筑結構的安全使用、維護管養(yǎng)和壽命預測提供科學依據(jù)。
結構健康監(jiān)測(SHM,Structure Health Monitoring)是針對工程結構長期服役安全的需求,建立一種狀態(tài)監(jiān)測、特征識別和狀態(tài)評估的自動化系統(tǒng),為結構的管理和養(yǎng)護提供決策支撐。結構健康監(jiān)測將傳統(tǒng)離線、靜態(tài)、異步的人工檢測方法,轉(zhuǎn)變?yōu)榱嗽诰€、動態(tài)、同步的現(xiàn)代監(jiān)測技術。
簡而言之,就是監(jiān)控建筑物安全狀態(tài)的一種手段
一套完整的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)通常包括五個部分,即傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)、結構預警與評估子系統(tǒng)。
1.傳感器子系統(tǒng)。傳感器子系統(tǒng)主要由能夠感測環(huán)境與荷載作用、結構響應、結構幾何變形、結構耐久性這四類物理量的傳感元件組成,依據(jù)結構力學原理進行優(yōu)化布設,實現(xiàn)對結構整體和局部性能的全面感知。
2.數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括硬件采集設備和軟件模塊,以實時、定時、觸發(fā)或混合的模式采集各個待感測物理量,其需要對各種類型傳感器信號進行同時控制、同步采集和高速解調(diào),實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的高質(zhì)量獲取。
3.數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括傳輸線纜、交換機、信號收發(fā)器和放大器等,以總線型、環(huán)型、星型、樹型或混合型結構進行組網(wǎng),通過有線或無線的方式將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)。
4.數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲與管理子系統(tǒng)可以由中心數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理軟件及硬件等組成,提供監(jiān)測數(shù)據(jù)和結構自身信息的存儲、查詢、調(diào)用和簡單統(tǒng)計分析功能。
5.結構預警與評估子系統(tǒng)。結構預警與評估子系統(tǒng)主要由高性能計算機和專業(yè)分析軟件組成,其功能是對預處理過的數(shù)據(jù)進行力學分析,包括模型修正、模態(tài)識別、損傷診斷、狀態(tài)評估、壽命預測、維護決策等。