土木工程結構安全性評估、健康監測及診斷述評摘要 我國正處于混凝土建筑物事故的高發期，很多新建成的大型高層建筑都存在混凝土質量通病的問題。還有就是建國初期建設的建筑物也已經臨近使用年限，所以混凝土安全評估和健康檢測勢在必行。關鍵詞 必然性；應力與結構變形；健康監測系統組成；安全評估中圖分類號tu4 文獻標識碼a 文章編號 16746708（2012）760057020 引言混凝土建筑的一般使用周期為50年。目前為止我國很多建筑都已進入了這一年限。為了及時清除安全隱患，更好、更安全的使建筑物發揮其功能，就要采用安全評估和健康檢測相互結合的方式。1 健康檢測的必然性導致混凝土建筑結構發生破壞和功能退化的原因是多方面的，有些破壞是人為因素造成的，但大多數破壞因素是由于功能退化和自然因素造成的。自然原因中，循環荷載作用下的裂縫失穩擴展是造成許多建筑結構發生重大責任性事故的主要原因。近些年由于大型混凝土建筑的疲勞監測和混凝土養護上的不充分，發生了幾次重大的混凝土建筑坍塌和大面積被破壞的事故。對混凝土構件和本身的承載能力都大大削弱，直接影響到混凝土的使用壽命。通過事故調查表明結構的自身狀態和建筑使用過程中的自身傷害如果通過即時的檢測和管理，可以沖根本上預防重大事故的發生，其效果可以直接增加建筑壽命。當代建筑的結構在設計上越來越趨向于大體積，小質量、結構形態多變和功能復雜化。對結構的性能檢測都要在施工前通過模擬檢測手段在實驗室內完成。但是大體積混凝土結構所受到的影響是很多因素形成的，自然環境和認為因素的復雜化是在實驗室中不能被模擬的。所以在設計前多建筑結構的復雜環境和認為因素的估量還是比較困難的。所以確定建筑結構的安全性和進行成本總造價的估算以及對項目的發展方向確定是十分有必要的。建筑結構早期的病害處理可以通過安全監測及時發現，能提前對其做出整改，避免頻繁維修造成的人員和材料管理上的浪費，大大的節約項目的成本開支。混凝土的健康監測就是對建筑結構進行破檢檢測，實時監控結構的整體行為，對結構的損傷位置和程度進行診斷，對建筑的服役情況、可靠性、耐久性和承載能力進行智能評估，為建筑在非正常自然環境條件下或使用時發生特殊結構量便及時發出預警信號，為建筑物的維修、養護與管理爭取時間并提供理論依據。安裝結構健康監測系統是提高結構梁的養護管理水平，保證建筑安全運營的高效技術手段。特別值得一提的是，混凝土結構的健康監測和施工監控系統均是通過檢測和監測手段，測試建筑結構的內力環境、變形量、以及外力荷載，因此，它們在傳感器系統、數據傳輸系統和數據采集系統都具有很大的共享性和重復性。此外，兩個階段在時間順序上具有銜接性，施工監控階段的監測數據是健康監測階段的基礎。為了節約資源、降低工程造價，應充分發揮兩個系統的共享性，對上述兩個系統進行統籌規劃和實施，即采取統一設計、統一施工和統一管理的方式，以實現建筑結構的健康監測和施工監控兩位一體的工程實施。2 結構及應力檢測結構狀態的改變造成其具有靈敏及精確的特性。所以當建筑結構的內部形變放生變化的同時，建筑的健康檢測系統就發揮了其功效。他可以通過監測把我建筑的結構量變。除此之外當建筑結構受帶外力損傷的時候監測系統也可及時發出報警功能。監測系統通過建筑的結構變形判斷出建筑存在的安全隱患。因此，結構變形的監測對于結構受到外力侵害的預警均有重要的意義。通過變形監測能夠達到以下目的：修正計算結構內力的有限元模型；根據監測結果直接判斷結構梁的適用性。結構的形變是判斷結構安全與否的直觀的指標，建筑結構在處于亞健康狀態時其特征往往是具有隱蔽性的，其自身的應力分布和結構性變就會變為一場值。所以建筑結構的形變是非常需要重視的。結構應力監測主要目的在于：直接判斷測試位置應力是否處于安全水平；校核結構模型修正及損傷識別的結果。對建筑結構的應力和變形量具有顯著的影響主要條件是結構溫度環境。結構健康檢測系統對傳感器的要求比較嚴格，要求其能長期的處于工作狀態，并保證數據的真實性和穩定性。所以在健康檢測系統中其設備一般都選用光纖光柵傳感器，因為其精度滿足要求、測試通道容量大、長期工作性能穩定、不受電磁干擾的特點，通過多點布控可以直接消除環境溫度對檢測系統造成的誤導。3 健康監測系統組成大量的系統分模塊和子系統構建了健康監測系統，其中涉及到許多功能的不軟件和硬件系統，建筑結構資料的采集技術是通過不同軟硬件進行測算的，此舉可以保證數據的準確性。并使整個系統形成網絡并同時進行遠程監控。用戶界面子系統是結構健康監測及綜合管理系統是用戶使用的最終端產品，是結構健康監測子系統、數據庫子系統、數據采集子系統以及其它邊界子系統的集成界面，為用戶提供一個友好的、一致的、易學的、易用的、美觀的、分布式的操作平臺，把整個系統有機地結合起來。本子系統主要通過集成各子系統的功能，為用戶提供統一的操作界面，通過圖形的方式向用戶展示需求分析中所列舉的信息，實現分布式、遠程訪問的方法與功能。本子系統具有以下特點：分布式的操作平臺，提供本地用戶及遠程移動用戶的訪問；用戶操作的友好性、一致性、易學性、易用性、美觀性；分級別或權限的展示界面。系統形成后的資料將通過報表的形式即時直觀的體現出來，用戶直接通過系統提供的數據對，月度、季度、乃至年度的建筑結構安全進行有效的信息安全評價。用戶可以通過系統獲得的數據決定對建筑結構實施維修、養護等措施。系統工程在通過試運行后就開始了為期2年的系統維護及升級服務，在這一段時間內系統的供貨單位將無償為客戶提供非人為性的系統保修、更換等工作。4 安全評估意義及作用危險隱患的查找分析，以及危險隱患的預測都要屬于安全評估的所屬范圍。其對建筑結構安全的預防措施都可以很準確的發揮作用。在評估過程中可以加大對安全隱患的重視力度，在萌芽狀態將其消除。對潛在安全隱患可以采取監控的處理方式，定期對其監督。一旦發現馬上解決。安全評估的檢查項目如下：1）對施工階段的初始風險進行評價，分別確定各風險因素對安全風險發生的概率和損失。分析各風險因素的影響程度，主要確定風險因素影響對施工安全的影響；2）提出各風險因素的等級及殘留風險等級，綜合確定建筑結構的風險等級；3）根據評價結果制定相應的風險對策、專項施工方案并確定監控責任；4）上級單位對風險評估報告進行審定，并針對高度風險等級，組織專家組評審，形成安全風險評審意見。事故發生概率等級標準：在對地理地質條件，相關設計資料，以及現場地質的鉆心勘探等材料進行綜合分析后，就將各事件的風險要素進行排列劃分，將必然發生的風險因素采取15的數字形式表現。起風險等級安數字的由小到道的排列為“很不可能發生事件”“不可能發生事件”“偶然事件”“可能事件”“很可能事件”各概率等級所對應的概率大小和等級標準見表1。經濟損失等級標準：經濟損失是指項目在處理風險事故時發生的各種費用的總和，包括直接賠償費用和事故間接處理所需的各種費用，如表2。工程項目在竣工后由于安全問題常常引起工程的返工和結構上的調整，這就為項目的預算中增加了很多成本，安全評估可以有效避免這一現象的產生。在安全驗收評價的過程中可以將潛在的事故隱患及時處理。在安全生產的過程中可以通過安全現狀評價了解項目在運行中存在的風險，為安全管理提供事實依據。在施工生產中如果安全系數大大提高就會為項目帶來很大經濟效益。使項目在施工，盈利，安全等方面得到良好的全面發展。5 結論建筑結構設計質量，密切關系到人民生命財產的安全，責任重大。而且結構專業是一個既有深度、又有廣度的專業，安全評估為建筑工程的質量問題做出早期風險診斷，依據健康監測系統給出的報告，來進行整改。及時發現并處理問題。健康系統和安全評估在功能上雖然不相同，但其作用和目的是一樣的，就是對建筑物進行監控從而達到早病早查，及時整改的目的。讓建筑物在功能上更好的為社會服務。參考文獻1于阿濤，趙鳴.基于振動的土木工程結構健康監測研究進展j.福州大學學報：自然科學版，2005（s1）.2葉文亞，李國平.鋼筋混凝土和預應力混凝土結構服役期性能退化相關性定性的分析d.結