淺談在建筑工程中對土建技術(shù)的探析

 

　　現(xiàn)代材料技術(shù)的發(fā)展進步促使了人類社會進入了信息時代，信息材料的生產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)設(shè)計制造一體化。論文發(fā)表。各種具有信息采集及傳輸功能的材料及元器件正逐漸地進入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅(qū)動材料緊密地融合于結(jié)構(gòu)中，同時將各種控制電路、邏輯電路、信號放大器、功率放大器以及現(xiàn)代計算機集成于結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)中。通過力、熱、光、化學、電磁等激勵和控制，使結(jié)構(gòu)不僅有承受建筑荷載的能力，還具有自感知、自分析計算、自推理及自我控制的能力。論文發(fā)表。具體說來，結(jié)構(gòu)將能進行參數(shù)（如應(yīng)變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學反應(yīng)）的檢測及檢測數(shù)據(jù)的傳輸，具有一定的數(shù)據(jù)實時計算處理能力，包括人工智能診斷推理，以及初步改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、強度、剛度、形狀位置等能力，簡言之，即使結(jié)構(gòu)具有自診斷、自學習、自適應(yīng)、自修復(fù)的能力。這就是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)概念的形成過程。

　　2.建筑工程土建技術(shù)常見的問題

　　土建工程施工項目的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在引發(fā)質(zhì)量問題的因素復(fù)雜,從而增加了對質(zhì)量問題的性質(zhì)、危害的分析、判斷和處理的復(fù)雜性。比如盲目套用圖紙,結(jié)構(gòu)方案不正確,計算簡圖與實際受力不符;荷載取值過小,內(nèi)力分析有誤,結(jié)構(gòu)的剛度、強度、穩(wěn)定性差;施工偷工減料、不按圖施工、施工質(zhì)量低劣;或是建筑材料及制品不合格,擅自代用材料等原因所造成。由此可見,即使同一性質(zhì)的質(zhì)量問題,原因有時截然不同。所以,在處理質(zhì)量問題時,必須深入地進行調(diào)查研究,針對其質(zhì)量問題的特征作具體分析。例如建構(gòu)筑物的不正常沉降,地基的容許承載力與持力層不符;也可能是未處理好不均勻地基,產(chǎn)生過大的不均勻沉降等;土建工程施工項目質(zhì)量問題,輕者影響施工順利進行,拖延工期,增加工程費用;重者,給工程留下隱患。論文發(fā)表。同時同類型的質(zhì)量問題,還有可能一再重復(fù)發(fā)生。

　　3.現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

　　3.1結(jié)構(gòu)智能化

　　傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu)，一經(jīng)設(shè)計、制造完成后，其性能及使用狀態(tài)將很大程度上存在著不可預(yù)知性和不可控制性，這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護帶來不便。為了解決這一問題，發(fā)展出了在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)，它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測機制，從而為探知結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理、力學場的演變情況，這就是結(jié)構(gòu)智能化的第一層次。在在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能處理機制，使得結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了第二層次的智能化。

　　3.2現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)分類

　　現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)按其材料可分為兩種類型，分述如下：

　　3.2.1嵌入式現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)

　　在基體材料如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進現(xiàn)代計算機硬件軟件技術(shù)，由傳感元件采集和檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，由計算機對這些信息進行加工處理，并將處理結(jié)果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅(qū)動元件執(zhí)行相應(yīng)動作。

　　屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進即可，無須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學性能，易于做到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡，故而成為研究的焦點。

　　3.2.2基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)

　　某些結(jié)構(gòu)材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學、物理狀態(tài)的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導電性能，只要探測到這一改變，便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學信息。

　　按照結(jié)構(gòu)智能化目的的不同，又可將其分為如下幾類：

　　a.具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；

　　b.具有應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；

　　c.具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；

　　d.具有疲勞壽命預(yù)報能力的現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)；

　　e.具有監(jiān)測鋼筋或鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)能力的現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)；

　　f.具有感知和自我調(diào)節(jié)功能的智能減振（橋梁）結(jié)構(gòu)。

　　3.3現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容

　　3.3.1智能化設(shè)計

　　現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的首要研究內(nèi)容就是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設(shè)計策略性研究。需要針對結(jié)構(gòu)類型及其重要性的不同，以及現(xiàn)有工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標，在兼顧技術(shù)先進性、實用性和經(jīng)濟節(jié)省的前提下采用合理功能層次的現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)。確定了智能化目標以后，就需要著手做一些準備工作，它們是：對結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進行預(yù)測，對結(jié)構(gòu)在力學物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應(yīng)進行預(yù)估，以確定結(jié)構(gòu)中需要實現(xiàn)智能化監(jiān)控的部位，確定整體監(jiān)控方案。

　　3.3.2由傳感元件實現(xiàn)智能控制

　　另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件。感覺是現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性功能，它利用在傳統(tǒng)建筑材料中埋入傳感元件（或利用傳感、結(jié)構(gòu)耦合材料）來采集各種信息，經(jīng)過處理分析，才可實現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動等智能控制功能。有鑒于

　　此，應(yīng)對傳感元件提出一些特殊要求如下：

　　a.尺寸細微，不影響結(jié)構(gòu)外形；

　　b.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對原結(jié)構(gòu)材料強度影響很��；

　　c.性能穩(wěn)定可靠，耐久性好，與基體結(jié)構(gòu)有著相同的使用壽命；

　　d.傳感的覆蓋面要寬；

　　e.信號頻率響應(yīng)范圍要寬；

　　f.能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容；

　　g.抗外界干擾能力強；

　　h.能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作。

　　可列入研究范圍的元件有：光導纖維，壓電陶瓷，電阻應(yīng)變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。

　　3.3.3作動材料分析

　　現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的最終目標是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制，而控制是由作動材料實現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)象的材料，尤其是機械量與電、熱、磁、光等非機械量的耦合材料，作為結(jié)構(gòu)的作動件�？梢酝ㄟ^控制非機械量的變化來獲取結(jié)構(gòu)特性（形狀、剛度、位置、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、頻率、阻尼、摩阻等）的改變，從而達到作動目的。對它的要求主要有：a.與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，結(jié)合強度高；b.作動元件本身的靜強度和疲勞強度高；c.驅(qū)動方法簡單安全，對基體結(jié)構(gòu)無影響，激勵能量�。籨.激勵后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制，反復(fù)激勵下性能穩(wěn)定；e.頻率響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)速度快，并可控制；常用的作動材料有記憶型合金、壓電材料、記憶聚合物以及聚合膠體等。目前有關(guān)作動元件的研究正在一些領(lǐng)域展開，如董聰、Crawlay等人評述了幾種常用作動/傳感材料的性能。

　　　　4.結(jié)論

　　正如建筑業(yè)是國民經(jīng)濟各部門原動力一樣，現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)及智能建筑不僅對于未來土木界的發(fā)展意義重大，而且對于目前主要的高科技領(lǐng)域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實現(xiàn)必將進一步帶動其它高科技領(lǐng)域的進一步提高，是土木工程界的知識經(jīng)濟。

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