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1、土木工程結(jié)構(gòu)的研發(fā)與建議 1結(jié)構(gòu)損傷及健康檢測(cè) 在現(xiàn)代建筑檢測(cè)中經(jīng)常會(huì)用到目測(cè)法以及聲發(fā)射技術(shù)、x-射線(xiàn)技術(shù)、超聲波技術(shù)、等無(wú)損檢測(cè)技術(shù),但是這些檢測(cè)技術(shù)只能局限于建筑的局部檢測(cè),而且當(dāng)建筑在投入使用后這些檢測(cè)環(huán)節(jié)往往被忽視,這就不能及時(shí)對(duì)建筑的整體性退化和結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)。但是在智能化結(jié)構(gòu)建筑中就可以通過(guò)自感知、自診斷的新型傳感元件完成這一系列的檢測(cè),例如使用光導(dǎo)纖維技術(shù)和半導(dǎo)體材料設(shè)備對(duì)建筑實(shí)行即時(shí)檢測(cè),這不但靈敏的檢測(cè)到損傷的發(fā)生,還可以對(duì)損傷程度進(jìn)行有效的監(jiān)控。常見(jiàn)的問(wèn)題監(jiān)測(cè)如下: 1)監(jiān)控結(jié)構(gòu)中裂縫破損問(wèn)題的發(fā)生; 2)監(jiān)控結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下裂縫的發(fā)展情況; 3)對(duì)建筑裂縫的最大控
2、制檢測(cè),防止一旦裂縫超過(guò)控制值后出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象,并迅速擴(kuò)展造成建筑的災(zāi)難性事故。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)是智能建筑結(jié)構(gòu)的一大特色,它可以有效的探測(cè)結(jié)構(gòu)中的細(xì)微損傷,減低結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)概率。 2智能材料的研發(fā)應(yīng)用 智能材料主要分為兩類(lèi),一類(lèi)屬于驅(qū)動(dòng)制作材料,其材料由變體材料、形狀記憶材料、磁流變體材料組成。這些材料最大的特點(diǎn)是可以利用溫度和電、磁場(chǎng)的該來(lái)對(duì)自身的形狀、位置、頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),并形成一定的自適應(yīng)功能。另一類(lèi)是制造傳感元件的材料,它的特性是對(duì)材料的內(nèi)外結(jié)構(gòu)的刺激強(qiáng)度和應(yīng)變能力進(jìn)行物理功能上的感知,所以這種材料我們又稱(chēng)為感知材料。這些材料的代表性主要用光導(dǎo)纖維、亞高分子合金以及壓電陶
3、瓷等。起重光導(dǎo)纖維在目前的應(yīng)用上最為主要。這寫(xiě)材料都可以根據(jù)溫度和電、磁場(chǎng)的變化進(jìn)行性材料結(jié)構(gòu)自身的形狀、位置、頻率的改變。并形成一定的機(jī)械特性。這就使其可以根據(jù)這一性能進(jìn)行特殊材料的制造和驅(qū)動(dòng)元件的合成。 3智能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性問(wèn)題和研究建議 3.1提高智能傳感技術(shù) 傳感技術(shù)可以幫助結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線(xiàn)即時(shí)性的檢測(cè),這一功能可以通過(guò)傳感元件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。很多傳感元件在使用理論上都有特殊性,下面就對(duì)這一智能性進(jìn)行分析: 1)結(jié)構(gòu)外形不手設(shè)計(jì)尺寸和厚度的影響; 2)主體材料可以與混凝土進(jìn)行有效的互溶,以達(dá)到減少?gòu)?qiáng)度影響; 3)傳感材料的物理性質(zhì)十分優(yōu)越,在對(duì)信號(hào)、電磁干擾等方面表現(xiàn)不俗。我們?cè)谶M(jìn)行智能傳感設(shè)備的
4、研究中要將電學(xué)和仿真學(xué)等及其他材料工程學(xué)科相互結(jié)合,以達(dá)到優(yōu)化和升級(jí)傳感性能的目的。厚度薄,尺寸小,不影響結(jié)構(gòu)外形。 3.2發(fā)展智能驅(qū)動(dòng)技術(shù) 驅(qū)動(dòng)技術(shù)是保證智能結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形狀和力學(xué)形變的主要環(huán)節(jié),同時(shí)他也能合理的解決結(jié)構(gòu)自身修復(fù)的關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)元件是建筑結(jié)構(gòu)在隨著環(huán)境變化時(shí)應(yīng)用的主要元件,它可以有效的改變結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼、摩擦阻力、剛度。所以驅(qū)動(dòng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)中的成為了與普通建筑區(qū)別的標(biāo)志,也是自適應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為適應(yīng)形態(tài)的關(guān)鍵因素之一。驅(qū)動(dòng)技術(shù)是將智能結(jié)構(gòu)形成力學(xué)性并轉(zhuǎn)成為擁有自適應(yīng)能力的主要研究方向。目前這一計(jì)算是形成自適應(yīng)的關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)可以和自適應(yīng)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)統(tǒng)一的功能性元件,這樣就能直接改
5、變結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼、摩擦阻力及電磁場(chǎng)。同時(shí)自適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)智能建筑和普通建筑之間最大的區(qū)別,它是智能建筑進(jìn)行初級(jí)形態(tài)到高級(jí)形態(tài)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。在進(jìn)行其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究時(shí)主要取向于以下幾點(diǎn): 1)在與主體材料結(jié)合時(shí)需要有好的相容性,并且要有很高的結(jié)合強(qiáng)度; 2)材料的本身必須具備很強(qiáng)的機(jī)械性能,例如加大彈性模具量、提高抗沖擊性等; 3)加強(qiáng)頻率的響應(yīng)寬,提高相應(yīng)速度,在激勵(lì)后要將變形量和驅(qū)動(dòng)力加大,要保證結(jié)構(gòu)容易被控制。 3.3發(fā)展智能控制集成技術(shù) 結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)相當(dāng)于人類(lèi)的大腦,對(duì)各部件的應(yīng)用和運(yùn)行起到主導(dǎo)作用,它能將很多元件進(jìn)行集成化處理,并將控制系統(tǒng)連接到結(jié)構(gòu)中,使結(jié)構(gòu)各部件處于半閉合狀態(tài)。當(dāng)建筑結(jié)
6、構(gòu)因地震等因素引起形變時(shí),系統(tǒng)的可變性難度會(huì)大大加強(qiáng),所以在控制技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中,要有效解決結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和形狀控制問(wèn)題,以達(dá)到理想的運(yùn)行想過(guò)。 3.4提高信息處理與傳輸技術(shù) 智能結(jié)構(gòu)的主要部分為傳感元件和驅(qū)動(dòng)元件、乙級(jí)控制元件,這些結(jié)構(gòu)在組合及生成中必須經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的計(jì)算過(guò)程才能進(jìn)行定為。這以過(guò)程需要對(duì)數(shù)據(jù)總線(xiàn)、聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位,我們常用的方法有小波分析限元模型理論以及光時(shí)域反射計(jì)檢測(cè)技術(shù)等。在以后的研究中可以將感器的數(shù)據(jù)傳送和信息計(jì)算相互融合,并將傳感器的優(yōu)化過(guò)程加如最新的研究范圍。 4結(jié)論 智能建筑結(jié)構(gòu)是一種新的科學(xué)技術(shù),它含蓋的范圍很廣,雖然目前看來(lái)研究費(fèi)用和技術(shù)需求很大,但是在加強(qiáng)建筑自身安全性的問(wèn)題上有著很大的潛力。目前在智能結(jié)構(gòu)科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果,這對(duì)現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)和科技綜合性產(chǎn)生了巨大的影響。隨著智能材料技術(shù)的發(fā)展,建筑
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