文档介绍：浅谈智能土木结构
摘要随着世界经济的发展,大型土木工程结构和基础设施等重要工程结构不断涌现,其服役期一般都长达数十年甚至上百年。由于环境和材料自身老化等不利因素的影响,结构将不可避免地产生损伤积累而引起抵抗力降低,甚至导致突发事有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是智能土木结构概念的形成过程。 文献将智能结构定义为:“将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中,使制成的构件(结构)具有人们期望的智能功能,这种结构称之为智能材料结构”。可见,智能结构是传统结构的功能的升华。智能结构在土木结构中的应用便称之为智能土木结构。
三智能土木结构的分类
1 按其材料智能土木结构可分为两种类型,分述如下:
(1)嵌入式智能土木结构:在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器,并集成进现代计算机硬件软件技术,由传感元件采集和 检测结构内部信息,由计算机对这些信息进行加工处理,并将处理结果通知控制处理器,由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。
(2)基体、智能材料耦合结构:
某些结构材料本身就具有智能功能,它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能,只要探 测到这一改变,便可以间接获得结构的内部力学信息。
2 按照结构智能化目的的不同,可以分为以下几类:
(1)具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构;
(2)具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构;
(3)具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构;
四 智能系统在土木工程结构中的应用
(1) 光导纤维的应用
光导纤维是利用光在两种介质面上的全反射原理制成的光导元件。光纤径细质轻、韧性好、埋人性佳、能耗低、频带宽、传输速率高、反应灵敏、抗电磁干扰能力强、耐高温、抗腐蚀,加之兼具信息感知与信息传输的双重功能,便于实现分布式和准分布式检测等特点,一直被认为是智能结构系统中的首选传感材料,并已经开始应用于土木工程结构中的“神经元”。在土木工程结构中(或在其表面)埋入(或粘贴)光纤传感器,通过分析光的传输特性,如光强、相位和波长等,即可获得光纤周围材料的应力、压强、电场、磁场、密度、温度、分和X射线等参数的变化,从而实现对土木工程结构的健康状态和安全可靠性进行实时、在线、动态监测与控制。
(2) 形状记忆合金的应用
是利用应力和温度诱发相变的机理来实现形状记忆功能,同时具有“感知”与“驱动”的功能材料。其特点是:将已在高温下定型的形状记忆合金,置于低温或常温下使其产生塑性变形,当环境温度升高到临界温度(相变温度)时,合金变形消失并可恢复到定型时的原始状
态。在此过程中,合金能产生与温度呈函数关系的位移或力(或二者兼有)。合金的这种升温后变形消失、形状复原的现象称为形状记忆效应阎。
(3) 电致伸缩材料的应用
从某种意义上说主要是指压电材料。压电材料强调的是利用正压电效应,电致伸缩材料强调的是利用逆压电效应。事实上,压电材料是一种同时兼具正逆电机械藕合特性的功能材料,若对其施加作用力,则在它的两个电极上将感应产生等量异号电荷;反之,当它受到外加电压的作用时,便会