建材之风讯：现代结构是传统结构的功能的升华。现代结构在土木结构中的应用便称之为现代土木结构。本文就在建筑工程中对土建技术进行深入的探析，具有一定的参考价值。

1.现代土木结构的概念

现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来，结构将能进行参数（如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是现代土木结构概念的形成过程。

2.建筑工程土建技术常见的问题

土建工程施工项目的质量问题主要表现在引发质量问题的因素复杂,从而增加了对质量问题的性质、危害的分析、判断和处理的复杂性。比如盲目套用图纸,结构方案不正确,计算简图与实际受力不符;荷载取值过小,内力分析有误,结构的刚度、强度、稳定性差;施工偷工减料、不按图施工、施工质量低劣;或是建筑材料及制品不合格,擅自代用材料等原因所造成。由此可见,即使同一性质的质量问题,原因有时截然不同。所以,在处理质量问题时,必须深入地进行调查研究,针对其质量问题的特征作具体分析。例如建构筑物的不正常沉降,地基的容许承载力与持力层不符;也可能是未处理好不均匀地基,产生过大的不均匀沉降等;土建工程施工项目质量问题,轻者影响施工顺利进行,拖延工期,增加工程费用;重者,给工程留下隐患。同时同类型的质量问题,还有可能一再重复发生。

3.现代土木结构技术分析

3.1结构智能化

传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性，这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，发展出了在线监测结构，它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现了第二层次的智能化。

3.2现代土木结构分类

现代土木结构按其材料可分为两种类型，分述如下。

3.2.1嵌入式现代土木结构

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。

属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可，无须额外研究结构的传统力学性能，易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡，故而成为研究的焦点。

3.2.2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。

按照结构智能化目的的不同，又可将其分为如下几类：

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；

④具有疲劳寿命预报能力的现代土木结构；

⑤具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的现代土木结构；

⑥具有感知和自我调节功能的智能减振（桥梁）结构。

3.3现代土木结构的研究内容

3.3.1智能化设计

现代土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同，以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的现代土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作，它们是：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，确定整体监控方案。

3.3.2由传感元件实现智能控制

另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是现代土木结构的基础性功能，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：

①尺寸细微，不影响结构外形；

②与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；

③性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；

④传感的覆盖面要宽；

⑤信号频率响应范围要宽；

⑥能与结构上其它电气设备兼容；

⑦抗外界干扰能力强；

⑧能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。

可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。

3.3.3作动材料分析

现代土木结构的最终目标是实现结构的智能控制，而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料，尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料，作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性（形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等）的改变，从而达到作动目的。

对它的要求主要有：

①与基体结构耦合良好，结合强度高；

②作动元件本身的静强度和疲劳强度高；

③驱动方法简单安全，对基体结构无影响，激励能量小；

④激励后能产生高效稳定的控制，反复激励下性能稳定；

⑤频率响应范围宽，响应速度快，并可控制；常用的作动材料有记忆型合金、压电材料、记忆聚合物以及聚合胶体等。目前有关作动元件的研究正在一些领域展开，如董聪、Crawlay等人评述了几种常用作动/传感材料的性能。

4.结论

正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，现代土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。

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