论文部分内容阅读
[摘 要]为适应交通的高速发展，桥梁建筑的日益增加，在桥梁试验中，原始的试验存在费用高、期限长、测试环境多变等影响因素，很难实现对其的研究性试验。结合原型检测进行模型试验可以全方面的研究主要影响因素之间的关系。
[关键词]土木工程、检测、原理、结构测试和健康的检测系统、
中图分类号：TP212.6； TU312.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0155-01
土木工程中的不断发展，介于其工程的重要性，其检测的用处就显得尤其重要。国家对其研究的投入也很巨大，很多成果的出现极大地促进了发展。
1.探索性研究包括以下几个方面：
（1）对于磁力控制传感器的研究，一般情况下磁铁材料的物理尺寸几乎都不会受到磁场的影响，通过线圈与偏磁的耦合可以制作出一款很别致，利用率更高的传感器。这种传感器的有点是低成本的，简单并且结实的。其的工作范围应包括混凝土养护的检测，埋入式声发射传感器，预应力筋的锈蚀或断裂等方面。
（2）声发射技术的基础性研究，开发一种改进的宽带E探测器，它的功能原理为产生信号并且探测不同受力模式下的疲劳裂纹。另外还要进行与声发射传递和接受等有关的高级有限元模拟研究，不久就可以实现商品化。
（3）光纤和其他微传感器，光纤和其他微传感器在无损检测领域已经有许多应用，作为智能材料也用在土木工程基础建设中。根据一般情况下来说，光纤传感器的原理基于下述两种：一种是被感应的结果引起光的交替作用并且一直保持在纤维内。第二种是光传送通过纤维感应，并且与媒介进行相互作用，回到纤维后再做分析。光纤传感器已经被用来检测位置、旋转、温度、应变、加速度、流体、压力、声、振动、化学变化、粘度、电场，磁场和电流等等。通过近期也研究出一种光纤测量系统用以对新浇筑的混凝土内的空隙进行无损检测。光纤光栅也可以用来作为遥测变形，对结构混凝土构件和多梁式钢的结构的控制断面进行检测，还可以用来检测混凝土结构的炭化成度、材料的失效、碱反应、氯渗透以及裂纹的扩展等等。如果选用一个优化过的光纤传感器会很小很轻，电源的需求梁较低，对环境的要求也极易满足，不受电磁的干扰，还可以降低成本。
（4）可以利用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析，开发一种微波波导传感器。其工作原理为当结构中某个微波波导被对准，放置在很大的钢板上，它会产生短路并产生驻波，这种特殊的驻波可以被一个较不灵活的二极管测得。如果其目标物钢板上有疲劳裂纹，这种驻波就会发生变化、这种反应极其迅速，成本低的疲劳裂纹探测器就可以生产出来了。目前研究的焦点是已经刷过油漆的钢桥的裂纹便捷进行发射和探测定位。
（5）目前最重要的任务是要建立一个无损检测技术培训中心，可以在短期内培养一批有关实验、检测的高级技术人员。
2.先进的技术研究：
（1）先进的结构测试和健康的检测系统（SHM）
其主要包括全结构检测系统的无线电发送，用TRIP钢传感器对结构超载进行测量和监控、用精确的差分式全球定位系统（GPS）测量其是否存在结构变形的问题。其运行步骤包括：第一步依靠传感系统：主要通过传感器将待测的物理量转变为电信号；第二部是数据采集和处理系统：一般都安装在于待测结构中，采集传感系统的数据；第三步是通讯系统，将采集并处理过的数据传输到监控中心；第四步为监控中心和报警设备的运行，利用具备诊断功能的软硬件对接受到的数据进行诊断，判断出损伤的发生、位置。
结构健康监测系统的健康状态监测的结构性能，进行结构损伤检测，评价结构并做出相应的维修决策。是一个可靠的，有效的和经济的监测方法。从第二十个世纪80年代，SHM系统已用于大型桥梁的健康监测。目前，健康监测系统主要用于大型桥梁。例如：在中国，从1997年底开始，在桥梁结构健康监测系统的青马大桥，通过在不同位置的传感器系统采集桥梁结构响应和工作环境变化的信息。从当地的传感器信息传输到三个分别位于桥两侧由微电脑控制信息采集站的信息采集和初步处理，通过数字/类别转换，通过光纤网络，将信息传递给信息处理和分析系统，做信息的收集，处理，分析和存储。获得的数据可以作为对桥梁的结构、操作和维护安装评价的参考。在南京长江大桥的健康监测系统，主要由温度，风向，桥墩沉降地震和船舶碰撞，恒载几何，结构振动，主桁杆应力，支座位移等方面的监测。健康监测系统也在长江大桥江阴，上海徐浦大桥等等运用起来。
（2）先进的锈蚀探测和评估技术
包括；测先张法压浆空隙的冲击——反射系统，磁漏探测系统，以磁为基础的测量系统以及埋入式锈蚀微传感器。
（3） 先进的梁、板检测系统，包括双带远红外热成像系统：外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。利用红外探测器和光学成像透镜接受被测目标的红外辐射能量分布格局反映在感光元件的红外探测器的称为红外热像仪，红外热像技术是物体表面的热分布场相对应。在外行看来，红外热像仪是看不见的红外能量的物体发出的可见的热图像，热图像的不同颜色代表被测物体的温度不同。通过观察热图像，目标的整体温度分布可以观察到的，通过和目标的发热进行比较，然后下一步的判断了。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。
（4）用强迫振动响应法定量评估下部结构、用激光振动计测量柔性构件的攻拉力及量化的无损检测方法与管理系统结合的课题。 其利用的原理是超声波检测。 超声波检测即将声测管预埋进被测桩里，声测管呈竖型，互相平行，在声测管中超声波脉冲发射和接收换能器的存在，它的耦合剂的介质是水，超声波脉冲从仪器发射换能器发出，通过被测桩，后被仪器接收，通过分析可以判断接收到的脉冲参数如幅度，频率，从而做出正确的判断。通过综合分析，我们可以发现，全桥的桩身内的混凝土是否完整，并且判断桩身缺陷的程度并确定其位置。声测管通常是由一组两级，水的耦合作用下，给出了脉冲信号然后其它传感器可以准确地接收信号，并逐渐增加，达到测试的整个横截面的目的。
（5）先进的疲劳裂纹探测和评估系统，包括测裂纹用的新生产出来的超声波和磁分析仪系统、便携式声发射系统、热成像系统、微博探测和定向分析、无线应变测量系统、电磁一声发射传感器、以及埋入式锈蚀微传感器。
目前我们正在开发的一种具有高效率，能更大减少人为的影响，节省人力，物力，劳力的损耗的无损检测系统。它主要应包括多路传感器，特别是光纤传感器，光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。因为其具有不同探测能力，传感信号为波长调制、复用能力强，既可以运用无线技术把数据及时传送到检测中心，又可以记录局域数据并连续传送数据。
结语
对于土木工程的各项结构工程，通过自动化检测与测试，可以实现较少的失误，提高工程质量，适应对国家发展的需求。
参考文献
[1]杜永峰，邱志涛，李慧。大型土木工程结构的模型试验仿真[J].系统仿真学报，2008，20
[2]周明华.土木工程结构试验与检测[M].南京：东南大学出版社，2005.
[关键词]土木工程、检测、原理、结构测试和健康的检测系统、
中图分类号：TP212.6； TU312.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0155-01
土木工程中的不断发展，介于其工程的重要性，其检测的用处就显得尤其重要。国家对其研究的投入也很巨大，很多成果的出现极大地促进了发展。
1.探索性研究包括以下几个方面：
（1）对于磁力控制传感器的研究，一般情况下磁铁材料的物理尺寸几乎都不会受到磁场的影响，通过线圈与偏磁的耦合可以制作出一款很别致，利用率更高的传感器。这种传感器的有点是低成本的，简单并且结实的。其的工作范围应包括混凝土养护的检测，埋入式声发射传感器，预应力筋的锈蚀或断裂等方面。
（2）声发射技术的基础性研究，开发一种改进的宽带E探测器，它的功能原理为产生信号并且探测不同受力模式下的疲劳裂纹。另外还要进行与声发射传递和接受等有关的高级有限元模拟研究，不久就可以实现商品化。
（3）光纤和其他微传感器，光纤和其他微传感器在无损检测领域已经有许多应用，作为智能材料也用在土木工程基础建设中。根据一般情况下来说，光纤传感器的原理基于下述两种：一种是被感应的结果引起光的交替作用并且一直保持在纤维内。第二种是光传送通过纤维感应，并且与媒介进行相互作用，回到纤维后再做分析。光纤传感器已经被用来检测位置、旋转、温度、应变、加速度、流体、压力、声、振动、化学变化、粘度、电场，磁场和电流等等。通过近期也研究出一种光纤测量系统用以对新浇筑的混凝土内的空隙进行无损检测。光纤光栅也可以用来作为遥测变形，对结构混凝土构件和多梁式钢的结构的控制断面进行检测，还可以用来检测混凝土结构的炭化成度、材料的失效、碱反应、氯渗透以及裂纹的扩展等等。如果选用一个优化过的光纤传感器会很小很轻，电源的需求梁较低，对环境的要求也极易满足，不受电磁的干扰，还可以降低成本。
（4）可以利用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析，开发一种微波波导传感器。其工作原理为当结构中某个微波波导被对准，放置在很大的钢板上，它会产生短路并产生驻波，这种特殊的驻波可以被一个较不灵活的二极管测得。如果其目标物钢板上有疲劳裂纹，这种驻波就会发生变化、这种反应极其迅速，成本低的疲劳裂纹探测器就可以生产出来了。目前研究的焦点是已经刷过油漆的钢桥的裂纹便捷进行发射和探测定位。
（5）目前最重要的任务是要建立一个无损检测技术培训中心，可以在短期内培养一批有关实验、检测的高级技术人员。
2.先进的技术研究：
（1）先进的结构测试和健康的检测系统（SHM）
其主要包括全结构检测系统的无线电发送，用TRIP钢传感器对结构超载进行测量和监控、用精确的差分式全球定位系统（GPS）测量其是否存在结构变形的问题。其运行步骤包括：第一步依靠传感系统：主要通过传感器将待测的物理量转变为电信号；第二部是数据采集和处理系统：一般都安装在于待测结构中，采集传感系统的数据；第三步是通讯系统，将采集并处理过的数据传输到监控中心；第四步为监控中心和报警设备的运行，利用具备诊断功能的软硬件对接受到的数据进行诊断，判断出损伤的发生、位置。
结构健康监测系统的健康状态监测的结构性能，进行结构损伤检测，评价结构并做出相应的维修决策。是一个可靠的，有效的和经济的监测方法。从第二十个世纪80年代，SHM系统已用于大型桥梁的健康监测。目前，健康监测系统主要用于大型桥梁。例如：在中国，从1997年底开始，在桥梁结构健康监测系统的青马大桥，通过在不同位置的传感器系统采集桥梁结构响应和工作环境变化的信息。从当地的传感器信息传输到三个分别位于桥两侧由微电脑控制信息采集站的信息采集和初步处理，通过数字/类别转换，通过光纤网络，将信息传递给信息处理和分析系统，做信息的收集，处理，分析和存储。获得的数据可以作为对桥梁的结构、操作和维护安装评价的参考。在南京长江大桥的健康监测系统，主要由温度，风向，桥墩沉降地震和船舶碰撞，恒载几何，结构振动，主桁杆应力，支座位移等方面的监测。健康监测系统也在长江大桥江阴，上海徐浦大桥等等运用起来。
（2）先进的锈蚀探测和评估技术
包括；测先张法压浆空隙的冲击——反射系统，磁漏探测系统，以磁为基础的测量系统以及埋入式锈蚀微传感器。
（3） 先进的梁、板检测系统，包括双带远红外热成像系统：外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射。利用红外探测器和光学成像透镜接受被测目标的红外辐射能量分布格局反映在感光元件的红外探测器的称为红外热像仪，红外热像技术是物体表面的热分布场相对应。在外行看来，红外热像仪是看不见的红外能量的物体发出的可见的热图像，热图像的不同颜色代表被测物体的温度不同。通过观察热图像，目标的整体温度分布可以观察到的，通过和目标的发热进行比较，然后下一步的判断了。由于人类在检测热能方面存在物理结构的限制，因此开发了对热能非常敏感的机械和电子设备。这些设备是在众多应用中检查热能的标准工具。
（4）用强迫振动响应法定量评估下部结构、用激光振动计测量柔性构件的攻拉力及量化的无损检测方法与管理系统结合的课题。 其利用的原理是超声波检测。 超声波检测即将声测管预埋进被测桩里，声测管呈竖型，互相平行，在声测管中超声波脉冲发射和接收换能器的存在，它的耦合剂的介质是水，超声波脉冲从仪器发射换能器发出，通过被测桩，后被仪器接收，通过分析可以判断接收到的脉冲参数如幅度，频率，从而做出正确的判断。通过综合分析，我们可以发现，全桥的桩身内的混凝土是否完整，并且判断桩身缺陷的程度并确定其位置。声测管通常是由一组两级，水的耦合作用下，给出了脉冲信号然后其它传感器可以准确地接收信号，并逐渐增加，达到测试的整个横截面的目的。
（5）先进的疲劳裂纹探测和评估系统，包括测裂纹用的新生产出来的超声波和磁分析仪系统、便携式声发射系统、热成像系统、微博探测和定向分析、无线应变测量系统、电磁一声发射传感器、以及埋入式锈蚀微传感器。
目前我们正在开发的一种具有高效率，能更大减少人为的影响，节省人力，物力，劳力的损耗的无损检测系统。它主要应包括多路传感器，特别是光纤传感器，光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。因为其具有不同探测能力，传感信号为波长调制、复用能力强，既可以运用无线技术把数据及时传送到检测中心，又可以记录局域数据并连续传送数据。
结语
对于土木工程的各项结构工程，通过自动化检测与测试，可以实现较少的失误，提高工程质量，适应对国家发展的需求。
参考文献
[1]杜永峰，邱志涛，李慧。大型土木工程结构的模型试验仿真[J].系统仿真学报，2008，20
[2]周明华.土木工程结构试验与检测[M].南京：东南大学出版社，2005.