(完整版)土木工程智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)-歐進(jìn)萍

土木工程智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)歐進(jìn)萍大連理工大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)

引言I.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)II.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)III.智能混凝土、制品與結(jié)構(gòu)引言重大工程大型結(jié)構(gòu)、重要基礎(chǔ)設(shè)施、重大巖土工程自然災(zāi)害作用●地震作用、強(qiáng)風(fēng)作用、極值風(fēng)浪作用

結(jié)構(gòu)振動(dòng)、地表塌陷、山體滑坡●工程災(zāi)變危害●環(huán)境侵蝕、腐蝕作用鋼筋銹蝕、材料老化

損傷積累、抗力衰減●長期載荷、疲勞荷載地表塌陷、邊坡失穩(wěn)

---災(zāi)害演變作用導(dǎo)致系統(tǒng)損傷積累的突然失效●工程活動(dòng)的誘變?yōu)暮Φ卣馂?zāi)害唐山地震中，24.2萬余人死亡、整座城市瞬間夷為平地神戶地震中，6000人死亡，35萬人受傷，300萬人無家可歸，損失超過1500億美元風(fēng)致振動(dòng)及其危害特殊的風(fēng)振效應(yīng)——渦激振動(dòng)、馳振、顫振、抖振可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)發(fā)散長期的風(fēng)振效應(yīng)將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞損傷與裂紋擴(kuò)展巖土工程災(zāi)變危害耐久性失效及危害鋼材腐蝕與疲勞損傷混凝土開裂與剝離結(jié)構(gòu)抗力嚴(yán)重退化重大工程的災(zāi)變危害已經(jīng)成為制約工程活動(dòng)和重大工程安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題危及社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展

監(jiān)測與控制是重大工程災(zāi)害（變）演化規(guī)律研究與安全保障的重要途徑自感知自診斷自適應(yīng)自愈合航天飛行器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與自適應(yīng)控制飛機(jī)機(jī)翼形狀自適應(yīng)控制與疲勞損傷監(jiān)測土木水利大型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與控制急需智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)合材料集成技術(shù)微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)信息處理技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)傳感系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理監(jiān)測診斷系統(tǒng)控制決策驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

監(jiān)測、診斷與控制是智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要功能I.結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)“智能”阻尼器（半主動(dòng)控制）可控但只需要少量的動(dòng)力主動(dòng)控制系統(tǒng)可控但需要大量的動(dòng)力被動(dòng)控制系統(tǒng)（隔震與耗能減振）不可控也不需要?jiǎng)恿Y(jié)構(gòu)振動(dòng)控制分類50年代：結(jié)構(gòu)變剛度概念—日本Kobori60年代：沙層或橡膠層基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)—中國李立60年代末：疊層橡膠支座隔震—美國Kelly

基礎(chǔ)隔震發(fā)展70年代初：結(jié)構(gòu)設(shè)置金屬耗能元件—美國Kelly

結(jié)構(gòu)耗能減振發(fā)展72年：結(jié)構(gòu)振動(dòng)的現(xiàn)代控制方法—美國Yao

結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制發(fā)展80年代末～90年代初：AMD、半主動(dòng)控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制應(yīng)用90年代：智能驅(qū)動(dòng)材料的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)振動(dòng)的智能控制興起發(fā)展概況1.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震考驗(yàn)：1995年日本神戶地震設(shè)計(jì)規(guī)程：我國及世界其它國家難題：結(jié)構(gòu)豎向隔震近20年我國已經(jīng)建成500余座隔震建筑2.結(jié)構(gòu)耗能減振耗能減振體系的分析和設(shè)計(jì)方法線性非正交阻尼體系非線性體系設(shè)計(jì)指南和規(guī)程研究方向：結(jié)構(gòu)抗災(zāi)性態(tài)控制ViscousDamperProducts

VD-100,VD-200,VD-500Thereare4companiesformakingpassivedampers2.2SeismicDesignApproachesofPEDS

Theresponsespectrumwithdampingratio1~20%1)Modaldecomposedresponsespectrummethod2)Pushoveranalysis3)Timehistoryresponseanalysismethod《SeismicDesignCodeofBuildings》（GB50011-2001)SeismicDamageModel(Park&Ang,1985)i)SeismicDamageAnalysis(Ouetal,1993)2.3DamagePerformance-BasedDesignMethod(DPBDM)

——BasedonthecapacityspectrumNormalizedcumulativeenergydissipationparameter(Fajfar,1992)ifT1<1.5s,

h=[0.8,1.0],otherwise

h

0.8Seismicdamagemodelexpressedby

h

,

m

and

cuii)SeismicDamagePerformanceObjectives《SeismicDesignGuidelineofPEDSs》（Tobepublished)Performancecriterionofseismicdamage:iii)APracticalExample(OUetal,1999)SeismicDamagePerformance-BasedDesignofR.C.StructurefortheRefectoryofZhenrongMiddleSchoolinYunnanR.C.frame,2storiesSeismicfortifiedintensity>9degree

i.e.max.acceleration>0.4gTheevevationThePlaneof1thstoryThecomputationalmodelFrictionaldamperwithTcoreTheseismicdamageindexofstructureStoryWithoutdampersWithdampers10.9590.36520.5520.181Performancecriterionofseismicdamage:沈陽市政府大樓摩擦耗能器抗震加固（吳波、李惠等，1998）2.4ApplicationsofPEDSs128frictionaldamperswithmultiplefrictionallayers,themaximumdampingforce250kN,developedinHIT北京飯店抗震加固的粘滯耗能減振應(yīng)用（王亞勇等，1999）DampingbraceStiffnessbraceStructureIStructureII156JARRET(Viscous-Spring)dampers,maximumdampingforce500kN北京火車站抗震加固的粘滯耗能減振應(yīng)用（魏承基等，2000）28viscousdamperbyTaylorLdCo.,themaximumdampingforce1200kNSeismicresponsecontrolofJiangsuSuqianConstructionMansionusingviscousdamperbythecompanyofJiangsu,China(LIUWeiqianetal,2003)ShanghaiHuangpuFive-starHotel——AdjacentBuildingsConnectedbyOilDampers（LUXilinetal,2003)A60-storyultra-tallbuilding(333m)with10-storylargepodium(49.6m)connectedbyoildamperstoreducetheirtorsionalseismicresponseTheoildamper:

=0.15;C=250kNs/mThemaximumdampingforce:500kN,600kN40dampersbythecompanyinShanghai,ChinaHystereticalcurvesof0.5Hz相對位移(mm)ModelcurveTestcurvef=0.5HzDisp.(mm)Force(kN)Force(kN)Disp.(mm)f=2.0HzModelcurveTestcurveHystereticcurveofdampingforceMorethan20buildingswithPEDSshavebeenbuiltinChina3.結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)激勵(lì)響應(yīng)計(jì)算機(jī)（控制算法）控制作動(dòng)器傳感器反饋信號(hào)傳感器前饋信號(hào)初期階段（1972～1985）：現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用——發(fā)展了各種主動(dòng)最優(yōu)控制算法第二個(gè)階段（1985～1992）：主動(dòng)控制系統(tǒng)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)和工程應(yīng)用起步ATS/ABS和AMD試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)1989年日本Kajima建筑公司建成了世界上第一幢采用AMD系統(tǒng)的11層辦公大樓——京橋成和大廈1990日本Kajima建筑公司建成了世界上第一幢采用主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)的三層辦公樓快速發(fā)展階段（1992～）:日本多棟采用AMD/HMD的建筑建成結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制和智能控制蓬勃掀起(能量輸入少、控制魯棒性好）——結(jié)束了長期爭論的結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制的能源和系統(tǒng)可靠性問題結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制發(fā)展的主要階段1986～1989，美國Soong等人

系統(tǒng)地完成了1:4模型的單層、三層和六層鋼框架模型的ATS和AMD主動(dòng)控制試驗(yàn)

ABS/ATS系統(tǒng)控制小型結(jié)構(gòu)需要數(shù)千瓦、控制大型結(jié)構(gòu)則高達(dá)數(shù)千千瓦能源（Soongetal，1991）被動(dòng)TMD系統(tǒng)的不足①只能控制結(jié)構(gòu)某個(gè)振型的反應(yīng)，而且控制效果對被控振型的頻率非常敏感（最優(yōu)頻率比偏離5%時(shí)，控制效果下降約30％）

——不適合結(jié)構(gòu)抗震控制②TMD控制能力有限（質(zhì)量之比3％、給結(jié)構(gòu)附加的阻尼比不超過4%）

——不適合大阻尼、如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)控制③TMD系統(tǒng)的質(zhì)量行程通常較大HMD系統(tǒng)——TMD和主動(dòng)控制作動(dòng)器組合而成

AMD系統(tǒng)——質(zhì)量塊和主動(dòng)控制作動(dòng)器組成質(zhì)量塊是作動(dòng)器給結(jié)構(gòu)施加控制力的支撐點(diǎn)HMD系統(tǒng)AMD系統(tǒng)HMD/AMD系統(tǒng)一般設(shè)置在結(jié)構(gòu)頂層日本京橋成和大樓(1989)AMD-1AMD-2控制計(jì)算機(jī)傳感器傳感器傳感器ab日本彩虹橋施工期橋塔HMD控制（1991～1992）日本橫濱LANDMARK大廈(1993)日本東京新宿52層建筑用TRIGON控制裝置（1994）Roller南京電視塔，中國，2001（未實(shí)現(xiàn)）廣州新電視塔(廣州塔)HAMD控制系統(tǒng)

（周福霖，歐進(jìn)萍等，2012）工程簡介總高600m包括450m高塔樓和150m高天線桅桿固有周期達(dá)10.92秒——風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)總建筑面積102,000m2塔體有37層封閉樓層分別作為觀光層，餐廳，電視廣播技術(shù)中心以及休閑娛樂區(qū)等體態(tài)生動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)由一個(gè)向上旋轉(zhuǎn)的橢圓形鋼外殼變化生成相對于塔的頂、底部，其腰部纖細(xì)，體態(tài)生動(dòng)廣州塔振動(dòng)控制系統(tǒng)HMD=TMD+AMD消防水箱(5)重600噸*2AMD質(zhì)量(1)重57噸*2直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AMD主塔頂加速度控制效果主塔頂位移控制效果控制系統(tǒng)安裝層平面圖廣州塔主塔450m,基本周期11s截至到2003年…50幢建筑物和高聳結(jié)構(gòu)采用了主動(dòng)或混合質(zhì)量阻尼(AMD/HMD)控制技術(shù)15座橋塔在施工階段采用了主動(dòng)或混合質(zhì)量阻尼(AMD/HMD)控制技術(shù)（降低風(fēng)振的效應(yīng)）1幢建筑物采用了主動(dòng)變剛度控制技術(shù)9幢建筑物采用了主動(dòng)變阻尼控制技術(shù)1幢建筑物、兩座斜拉橋索采用了磁流變阻尼控制技術(shù)——合計(jì)76座關(guān)注點(diǎn)：1）主動(dòng)控制的能源供應(yīng)

2）控制系統(tǒng)的可靠性研究方向：1）半主動(dòng)控制

2）加速度反饋控制結(jié)構(gòu)激勵(lì)響應(yīng)傳感器傳感器計(jì)算機(jī)（控制算法）控制作動(dòng)器半主動(dòng)控制裝置前饋信號(hào)后饋信號(hào)4.結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制發(fā)展的主要階段1960年日本Kobori提出結(jié)構(gòu)變剛度的減振概念1983年美國Hrovat提出半主動(dòng)控制算法——半主動(dòng)控制系統(tǒng)盡可能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)最優(yōu)控制力的規(guī)則1990年日本Kobori提出結(jié)構(gòu)主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)1920年代提出結(jié)構(gòu)主動(dòng)變阻尼機(jī)械控制裝置1992年Kawashima等人、Mizuno等人和Shinozuka等人同時(shí)提出了結(jié)構(gòu)主動(dòng)變阻尼控制系統(tǒng)

1994年Symans和Constantinou做了較好的工作主動(dòng)變剛度裝置世界上第一棟應(yīng)用主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)的日本Kajima研究所辦公樓(1990)F粘滯液體電液伺服閥傳感器主動(dòng)變阻尼裝置計(jì)算機(jī)控制器及不間斷電源日本應(yīng)用主動(dòng)變阻尼控制系統(tǒng)的KajimaShizuoka建筑（1998）結(jié)構(gòu)激勵(lì)響應(yīng)傳感器傳感器計(jì)算機(jī)（控制算法）控制作動(dòng)器智能控制裝置前饋信號(hào)后饋信號(hào)5.結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（智能控制算法）智能控制算法智能控制裝置（以智能驅(qū)動(dòng)材料應(yīng)用為標(biāo)志）混和智能控制

模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制遺傳進(jìn)化

……智能控制智能控制算法智能控制裝置（以智能驅(qū)動(dòng)材料應(yīng)用為標(biāo)志）混和智能控制

磁流變阻尼控制壓電驅(qū)動(dòng)

（或壓電變阻尼）控制形狀記憶合金阻尼控制

……智能控制智能控制算法智能控制裝置（以智能驅(qū)動(dòng)材料應(yīng)用為標(biāo)志）混和智能控制智能控制算法＋智能控制裝置智能控制5.1結(jié)構(gòu)智能控制裝置發(fā)展的主要階段Ehrgott和Masri（1992）、Gavin等人（1993）較早地應(yīng)用電流變液研制開發(fā)土木工程結(jié)構(gòu)主動(dòng)變阻尼裝置1997年Mcmahon和Makris研制開發(fā)出最大阻尼力達(dá)到445kN的電流變液阻尼器1995年，美國Lord公司報(bào)道性能優(yōu)良的小型磁流變液阻尼裝置1996年起，Spencer等人系統(tǒng)研究磁流變液阻尼器的性能與結(jié)構(gòu)磁流變阻尼控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的智能控制裝置特點(diǎn)：電、磁或溫度控制出力大、能耗小、反應(yīng)迅速(1)形狀記憶合金應(yīng)用途徑超彈性形狀記憶效應(yīng)1）SMA阻尼器及其應(yīng)用2）SMA驅(qū)動(dòng)元件＋損傷應(yīng)急控制系統(tǒng)形成智能混凝土結(jié)構(gòu)損傷應(yīng)急控制系統(tǒng)智能SMA混凝土梁損傷應(yīng)急控制分析與試驗(yàn)(李惠等,2001)無控制時(shí)的應(yīng)力分布－0.056Mpa1.297Mpa(b)T=81℃

的應(yīng)力分布0.197Mpa－0.162Mpa(2)壓電陶瓷疊層式壓電驅(qū)動(dòng)器壓電－摩擦可調(diào)阻尼器（歐進(jìn)萍等,1999）PZT驅(qū)動(dòng)器摩擦型擬粘滯型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所研制T字芯板壓電－摩擦可調(diào)阻尼器（歐進(jìn)萍等,2002）(3)磁致伸縮材料

磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器（Ackermanetal，1996）(4)磁流變液及其智能阻尼器1)本構(gòu)關(guān)系2)兩種定型的磁流變液——MRF270/50,MRF8000/50——哈爾濱泰達(dá)爾科技有限公司（歐進(jìn)萍，關(guān)新春，李金海，2003）

y3)磁流變液測試裝置（歐進(jìn)萍，關(guān)新春，李金海，2000）實(shí)際裝置照片裝置原理圖20噸MR阻尼器原型

（美國Lord公司，1996）熱膨脹儲(chǔ)液器LORDRheoneticTMSeismicDamperMR-9000MR液體3級(jí)活塞直徑:20厘米行程:16厘米電源:<50瓦特,22伏4）磁流變阻尼器LORDRheoneticTMSeismicDamperMR-9000直徑:20厘米行程:16厘米電源:<50瓦特,22伏20噸MR阻尼器原型

（美國Lord公司，1996）熱膨脹儲(chǔ)液器MR液體3級(jí)活塞4）磁流變阻尼器20噸MR阻尼器（美國Lord公司，1996）磁流變阻尼器與控制器定型產(chǎn)品

——MRD-10，MRD-200，MRD-400

——哈爾濱泰達(dá)爾科技有限公司

（歐進(jìn)萍，關(guān)新春，李金海，2003）岳陽洞庭湖大橋斜拉索風(fēng)雨振動(dòng)的MR阻尼控制

(主跨：2310m)

（倪儀清,陳政清，Spencer等,2001)5.2工程應(yīng)用156根索采用312個(gè)Lord公司MR阻尼器控制山東濱州黃河大橋(主跨：84+300+300+84m)

——最長的20根斜拉索風(fēng)雨振動(dòng)的MR阻尼控制（哈工大，2003）渤海JZ20－2N平臺(tái)結(jié)構(gòu)磁流變阻尼控制——哈工大，2005完成研究方向：大出力智能驅(qū)動(dòng)（阻尼）器智能主動(dòng)－被動(dòng)復(fù)合阻尼器智能傳感器與驅(qū)動(dòng)器一體化6.主動(dòng)控制力特征以及半主動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(Ouetal,2003)6.1Maincontrolsystems1.ActiveSystemsATSorABSSystemActivecontrolalgorithmsIntelligentcontrolalgorithmsHugepower(MWormore)needsforapracticalstructureAMDsystemAnalysisorDesignMuchlesspowerneedsforapracticalstructureRoller2.SmartDampingSystemsMRDamper

Activefrictionaldamper2.Semi-ActiveSystemsAVSSystemAVDSystemHITLordCd.AVDMRD傳感器AVDOrMRD計(jì)算機(jī)控制器及不間斷電源ActivecontrolalgorithmsIntelligentcontrolalgorithmsAnalysisorDesignSemi-activealgorithmsActivecontrolalgorithmsisafundamentalalgorithmsforsemi-activesystems.Howmuchactiveforcecanberealizedbyasemi-activesystemorevenpassivesystem?Howmuchactivecontroleffectivenesscanberealizedbyasemi-activesystemorevenpassivesystem?6.2TheProportionofDampingForceandElasticForceinOACFbetweenFloorsTheDampingforcearepredominantinOACFbetweenFloorsActiveActuatorDampingForceProportionIndexofOACFIngeneral:=1meanstheOACFiscompletelydampingforce!76-storyRCbuilding(Benchmark,Yang)20-storyframe(Benchmark,Spencer)6.3ExamplesOACFsin20-storyframeBenchmark＝0.9053inaverage.OACFsin76-storybuildingBenchmark＝0.9934inaverage.meanshowmuchcontroleffectivenessofactivecontrolsystemcanbeachievedbyasemi-activedampingofsmartdampingsystem!＝1orclosedto1meansthecontroleffectivenessofactivecontrolsystemcanbecompletelyoralmostachievedbyasemi-activeorsmartdampingsystem!Thisiswhyasemi-activeorsmartdampingsystemcanalmostachievesthecontroleffectivenessofactivecontrolsystem，whichhavebeenverifiedbyalotofnumericalandexperimentalresultsintheworld!Roller

0.54.CharacteristicsofActiveControlForceinAMDTheactuatorofAMDcannotbereplacedbysemi-activeactuatorordampersuchasMRdamper!Ifso,thecontroleffectivenesswouldbebad!《結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制——主動(dòng)、半主動(dòng)和智能控制》歐進(jìn)萍科學(xué)出版社2003目錄緒論第1章動(dòng)態(tài)系統(tǒng)及其重要特性第2章結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主動(dòng)控制算法第3章結(jié)構(gòu)振動(dòng)的模糊控制第4章結(jié)構(gòu)振動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)與控制第5章結(jié)構(gòu)振動(dòng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳優(yōu)化控制第6章結(jié)構(gòu)主動(dòng)質(zhì)量阻尼（AMD）控制系統(tǒng)第7章結(jié)構(gòu)主動(dòng)變剛度控制系統(tǒng)第8章結(jié)構(gòu)主動(dòng)變阻尼控制系統(tǒng)第9章結(jié)構(gòu)磁流變阻尼控制系統(tǒng)第10章結(jié)構(gòu)壓電驅(qū)動(dòng)和壓電變摩擦阻尼控制系統(tǒng)第11章結(jié)構(gòu)形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動(dòng)和阻尼控制系統(tǒng)第12章結(jié)構(gòu)主動(dòng)、半主動(dòng)與智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法附錄結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的Benchmark模型7.AMDwithaElectromagneticDriver——ANewAMD(OuandZhang,2003)Sensors1）AMDdrivedbyhydraulicactuatorSensors2）AMDdrivedbyElectromagneticsystem（1）AScaleAMDwithaElectromagneticDriverControlForceversusInputVoltageMaximumControlForce:2500N/5VControlForceversusInputVoltagewithvariousfrequenciesControlForce：LQGController（2）AControlledSystemwithaAMDwithaElectromagneticDriver

Northridge（1994）SomeIssuesandBarriersofActive,Semi-activeandSmartControlSystems8.1ComparisonsofmainactivecontrolalgorithmsPoleAssignmentLinearOptimalControlAlgorithms

ClassicalLinearQuadraticOptimalControl(LQR)

LinearQuadraticGaussianOptimalControl(LQG)IndependentModalSpaceControlAlgorithmsSlidingModeControlH2andH∞ControllersThecontroleffectivenessisalmostthesame.But,differentalgorithmadaptstodifferentproblem.8.2IntelligentcontrolalgorithmsandvibrationcontrolofnonlinearstructuresoruncertainstructuresFuzzyControlAlgorithmsNeuralNetworkControllersGeneticAlgorithms(GA)forOptimizationofNeuro-fuzzyControllers

……

Intelligentalgorithmsadaptwelltovibrationofnonlinearoruncertainstructures8.3Commentsonactive,semi-activeandsmartcontrolsystems76-storyRCbuilding(Benchmark,Yang)AMD:Mass:30tMaxcontrolforce:20tABSorMRdamper:18actuator——1actuatorevery4floorsMaxcontrolforce:60t/each,inaverageThecontroleffectivenessisalmostthesameAMDABS1.ActiveSystemsATSorABSAMD——Best2.Semi-ActiveSystemsAVSSystemAVDSystem——Best3.SmartDampingSystemsMRDamper——Best

ActivefrictionaldamperSMAII.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)二十世紀(jì)，結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)已經(jīng)形成相對完整的理論和方法。一大批大型土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行使用，標(biāo)志著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和建造技術(shù)的巨大成就。金茂大廈(420.5m)臺(tái)北101(508m)上海環(huán)球金融中心（101層/492m)西爾斯大廈(443m)深圳地王大廈(325m)世貿(mào)中心(417m)佩重納斯大廈(454m)中環(huán)廣場大廈(374m)日本計(jì)劃建造800和2000m高的空中大廈高層建筑正向著高度更高、體型更大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、建筑更藝術(shù)和優(yōu)美的方向發(fā)展英國千年穹頂（320m)日本福岡穹頂(222m)廣州新機(jī)場上海八萬人體育場(280×277m)加拿大蒙特利爾體育場美國亞特蘭大體育館(佐治亞穹頂)國家大劇院（218×146m)2008奧運(yùn)會(huì)主場館2008年以前我國將建造許多大跨空間結(jié)構(gòu)蘇通大橋(1088m)日本明石海峽大橋(1999m)杭州灣大橋(36km，世界最長橋)南京三橋(648m)xxx大伯爾特橋（1624m)江陰長江大橋（1385m）世界前十大懸索橋中:

我國占3座(第3、5、6)世界前十大斜拉橋中:

我國占5座(第1、4、5、7、9）粵港澳跨海大橋等多座大跨橋梁正在規(guī)劃建設(shè)中未來10－20年內(nèi)大跨橋梁在世界范圍內(nèi)仍保持快速增長

三峽大壩

庫區(qū)600km長、393億m3庫容量；100年防洪能力，世界巨型水庫

小浪底水庫渤海BZ-12渤海8號(hào)平臺(tái)渤海JZ20-2MUQ南海平臺(tái)中國已建成使用的鋼質(zhì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)近150座水深≤30米平臺(tái)100余座導(dǎo)管架平臺(tái)最大水深146m二十一世紀(jì)，人們面對這樣一大批大型土木工程結(jié)構(gòu)不得不發(fā)出這樣關(guān)切的問題：重大工程的損傷、乃至災(zāi)害演化的規(guī)律是什么？它們的健康和安全狀態(tài)、以及使用壽命如何？面對日日退化的重大工程結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，我們是維修加固還是報(bào)廢重建？重大工程結(jié)構(gòu)的損傷演化與健康監(jiān)測是二十世紀(jì)取得巨大成就的土木工程學(xué)科留給二十一世紀(jì)的重大科學(xué)問題監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理結(jié)構(gòu)模型修正健康診斷重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理結(jié)構(gòu)模型修正健康診斷

環(huán)境條件整體性態(tài)局部性態(tài)重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理結(jié)構(gòu)模型修正健康診斷

環(huán)境條件整體性態(tài)局部性態(tài)重大工程的健康監(jiān)測系統(tǒng)

多數(shù)據(jù)同時(shí)采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)庫管理重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理結(jié)構(gòu)模型修正健康診斷

環(huán)境條件整體性態(tài)局部性態(tài)

多數(shù)據(jù)同時(shí)采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)庫管理

初始模型損傷識(shí)別與定位模型修正重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)采集、傳輸與管理結(jié)構(gòu)模型修正健康診斷

環(huán)境條件整體性態(tài)局部性態(tài)

多數(shù)據(jù)同時(shí)采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)庫管理

初始模型損傷識(shí)別與定位模型修正

環(huán)境作用標(biāo)準(zhǔn)健康準(zhǔn)則結(jié)構(gòu)分析健康評(píng)定可靠性預(yù)測重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)重大工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的功能

驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論、施工質(zhì)量監(jiān)測結(jié)構(gòu)局部和整體性態(tài)監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷、抗力衰減及其演化規(guī)律識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷及其位置安全性、耐久性評(píng)定與可靠度預(yù)測安全預(yù)警

長期性、實(shí)時(shí)性與自動(dòng)化是對監(jiān)測系統(tǒng)的基本要求1.1大型橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征造價(jià)高——幾至幾十億元一座橋社會(huì)影響大——生命線工程的重要結(jié)構(gòu)力學(xué)特征環(huán)境侵蝕、疲勞載荷、災(zāi)害作用突出

結(jié)構(gòu)損傷累積和抗力衰減明顯結(jié)構(gòu)的冗余度較小

易發(fā)生“各個(gè)擊破”的多米諾骨牌效應(yīng)建造過程的時(shí)變結(jié)構(gòu)狀況，受力可能更不利1.橋梁監(jiān)測美國八十年代中后期

SunshineSkyway橋安裝500多個(gè)傳感器英國八十年代后期日本九十年代初期香港90年代LantauFixedCrossing橋、青馬大橋內(nèi)陸90年代虎門橋、江陰長江大橋1.2橋梁監(jiān)測的早期研究與應(yīng)用狀況大型橋梁結(jié)構(gòu)的健康與安全監(jiān)測已經(jīng)成為科研與工程技術(shù)人員的關(guān)注熱點(diǎn)！香港青馬大橋風(fēng)與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)

WindandStructuralHealth

MonitoringSystem(WASHMS)橋梁概況：雙塔懸索結(jié)構(gòu)總橋長2160m

主跨長1377m

橋面離海面高62m

混凝土橋塔高206m

總投資

72億元港幣——香港公路署(1995~)世界上跨度最大的公路、鐵路兩用雙層橋風(fēng)速儀地秤應(yīng)變傳感器溫度傳感器加速度傳感器位移傳感器GPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸微機(jī)交互處理系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)

(350個(gè)傳感器)監(jiān)測的橋梁構(gòu)件：主索纜索卡箍和吊桿錨碇和橋塔鋼板橋面箱梁橋面支座GPS接受站設(shè)置位置(14個(gè)）GPS測得正常橋梁位移橋面豎向：650mm

橫向：250mm橋塔縱向：100mm

橫向：50mmGPS測得的橋面位移時(shí)程問題：地秤和應(yīng)變傳感器(電阻式)耐久性健康診斷還未形成自動(dòng)系統(tǒng)海洋平臺(tái)是荷載、抗力和風(fēng)險(xiǎn)等

各種矛盾比較集中的一類結(jié)構(gòu)2.1海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)造價(jià)高：億元/座環(huán)境惡劣：風(fēng)、浪、流、冰作用,地震威脅

環(huán)境腐蝕、地基沖刷、材料老化服役狀態(tài)惡化速率快——設(shè)計(jì)使用期15-20年失效后果嚴(yán)重：

巨大的經(jīng)濟(jì)損失、嚴(yán)重的環(huán)境污染2.海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)2.2渤海海洋平臺(tái)安全監(jiān)測（已近10年）渤海JZ20-2MUQ平臺(tái)（位置:東經(jīng)40o30’,北緯121o21’

）實(shí)時(shí)安全監(jiān)測傳感系統(tǒng)攝像機(jī)雷達(dá)氣象站海冰海流計(jì)加速度計(jì)應(yīng)變儀環(huán)境條件監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)速與風(fēng)向冰壓力波高與方向冰壓力時(shí)程實(shí)時(shí)安全評(píng)定方法

極限強(qiáng)度模板及其映射技術(shù)實(shí)時(shí)線設(shè)計(jì)線倒塌線平臺(tái)結(jié)構(gòu)不同方向的承載力實(shí)時(shí)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

——日監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)表IMRSE系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖DFI數(shù)據(jù)IMR數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理核心IMR數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)計(jì)算核心ENSA軟件安全狀態(tài)管理安全趨勢分析平臺(tái)維修決策輔助生成檢測方案輔助生成維修方案安全度評(píng)估核心結(jié)構(gòu)重分析強(qiáng)度儲(chǔ)備比匯總極限承載力分析結(jié)構(gòu)疲勞

壽命預(yù)測結(jié)構(gòu)可靠性分析

（非確定性方法）損傷分析腐蝕裂紋凹陷、失直海生物樁基沖刷維修加固效果分析卡箍灌漿加勁板水下焊接安全實(shí)時(shí)監(jiān)測分析與評(píng)估管理系統(tǒng)本項(xiàng)成果撰寫著作1部《海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全評(píng)定——理論、方法和應(yīng)用》科學(xué)出版社2003歐進(jìn)萍段忠東、肖儀清緒論第1章海洋環(huán)境荷載的概率模型第2章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的動(dòng)冰力作用與冰激振動(dòng)第3章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的累積損傷與抗力衰減第4章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的檢測、維護(hù)與修理技術(shù)第5章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全評(píng)定——確定性方法第7章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢測、維修與報(bào)廢決策第8章渤海八號(hào)生產(chǎn)平臺(tái)的安全評(píng)定第9章海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測附錄：海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢測維修、安全評(píng)定與實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件系統(tǒng)3.結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測早期總體狀況解決的主要問題整體性態(tài)監(jiān)測局部性態(tài)短期監(jiān)測－動(dòng)力特性識(shí)別頻率、阻尼、振型－設(shè)計(jì)驗(yàn)證、施工質(zhì)量檢測－離線或短期安全評(píng)定存在的主要問題－傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)（傳感元件)

耐久性差、穩(wěn)定性差、抗電磁干擾差－局部性態(tài)（應(yīng)力、應(yīng)變、疲勞損傷、裂紋擴(kuò)展等）

性能退化（材料老化、鋼構(gòu)件銹蝕等）

長期監(jiān)測困難－損傷識(shí)別與定位、模型修正仍然困難－數(shù)據(jù)采集與處理、損傷識(shí)別與模型修正、健康診斷與安全預(yù)警等

系統(tǒng)集成化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性程度不高4.

結(jié)構(gòu)健康與安全監(jiān)測智能系統(tǒng)

——研究與應(yīng)用發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)采集、管理與融合單變量、單傳感器多變量、多傳感器同步自動(dòng)采集海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理多傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合光纖壓電材料電阻應(yīng)變片（箔）疲勞壽命絲（箔）無線傳感網(wǎng)絡(luò)

碳纖維半導(dǎo)體材料形狀記憶合金高性能、分布式智能傳感器數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)有線傳輸先進(jìn)無線傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全評(píng)定可靠度預(yù)測安全評(píng)定與可靠度預(yù)測安全預(yù)警損傷識(shí)別理論與方法單損傷變量識(shí)別多性態(tài)變量損傷識(shí)別、定位及損傷應(yīng)急控制智能感知材料與傳感元件光導(dǎo)纖維壓電材料電阻應(yīng)變絲(箔)疲勞壽命絲(箔)碳纖維半導(dǎo)體材料形狀記憶合金

特點(diǎn)：大規(guī)模表面附著式或埋入式傳感分布陣列1.光纖應(yīng)變和溫度傳感器及其應(yīng)用

強(qiáng)度型相位型（干涉型）波長型

——光纖光柵芯層包層光波方向折射率

n1折射率

n2折射率

n光纖光柵結(jié)構(gòu)與傳感機(jī)理光纖光柵中心波長隨外界的應(yīng)力和溫度變化而變化瑞士Lucerne大橋中埋入光纖光柵傳感器(Nellen，1997)三峽古洞口砼面板堆石壩面板裂縫監(jiān)測分布式光纖傳感技術(shù)(蔡得所,1998)強(qiáng)度型分布式光纖傳感器OTDR黑龍江呼蘭河大橋光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)（歐進(jìn)萍、周智等，2000）橋長520米，主跨40米箱形混凝土梁預(yù)應(yīng)力張拉施工監(jiān)測結(jié)果運(yùn)營狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)智能斜拉索或吊桿——鋼索直接布入OFBG傳感器(歐進(jìn)萍、周智等，2002）BareOFBG光纖光柵智能吊桿（拉索）專利號(hào)：03132592；03260480.7

智能拉索實(shí)際工程應(yīng)用

——山東濱州黃河公路大橋光纖光柵智能斜拉索智能吊桿實(shí)際工程應(yīng)用——四川倮果大橋光纖光柵智能吊桿加固后的大橋光纖光柵溫度計(jì)（專利號(hào)：03260021.6和03260022.4）光纖金屬基礎(chǔ)封裝應(yīng)變傳感器（專利號(hào)：02273563.1）光纖光柵管式封裝應(yīng)變傳感器專利號(hào)：（022735623)光纖金屬基礎(chǔ)封裝應(yīng)變傳感器（專利號(hào)：03260080.1

）2.封裝式布拉格光纖光柵(OFBG)——應(yīng)變和溫度傳感器(歐進(jìn)萍、周智等,1999～)封裝傳感器的傳感特性性能指標(biāo)：應(yīng)變測試精度：1～2

量程：0～5000

絕對測量抗電磁干擾、溫度補(bǔ)償FRP-OFBGstrainsensorsFRPBars3.玻璃纖維－光纖光柵（FRP-OFBG)筋式應(yīng)變傳感器(歐進(jìn)萍、周智等,2001～)FPbundleResinOFBGbarFRP-OFBG筋式標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變傳感器南京三橋南塔基礎(chǔ)施工監(jiān)測（主跨648m，水深約30m）OFBGFRP-OFBG傳感筋

OFBG智能地秤支座基礎(chǔ)感知梁滾動(dòng)支座6根感知梁的排列面板吊裝構(gòu)件組合OFBG智能地秤的制作形成的地秤實(shí)車試驗(yàn)1）PVDF傳感原理PVDF是一種壓電聚合物材料，具有在變形下產(chǎn)生電荷的物理特性3.壓電薄膜(PVDF)傳感器(適用于面應(yīng)變與裂紋擴(kuò)展監(jiān)測)(哈工大,2001～）2）應(yīng)變監(jiān)測PVDF動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測監(jiān)測3)裂紋擴(kuò)展監(jiān)測V-t5.疲勞壽命傳感器(南航，1998－哈工大，2001）重復(fù)離散性小于5％電阻記憶應(yīng)變門檻值小于1000

時(shí)間

應(yīng)變疲勞傳感器傳感原理6.形狀記憶合金（SMA）傳感器(李惠，哈工大,2002-)(a)應(yīng)力－應(yīng)變

(b)應(yīng)力－電阻變化率SMA傳感器7.無線傳輸與無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1）無線傳輸系統(tǒng)2）無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3）無線傳感局域網(wǎng)接收站—PC機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)無線傳感器（美國Berkley）

MEMS（含加速度、溫度、聲、光、磁等6種傳感器）發(fā)射頻率:916MHz（ISM）微處理器：4MHz,50Kb/s

傳輸距離：60m（最近已達(dá)300m）Wirelessaccelerometer

Basestation

Micro-processor

unitWirelesstransceiver

OutputSensingunitAccelerationModulatorEnergyunit無線加速度傳感器網(wǎng)絡(luò)

(歐進(jìn)萍、喻言等,2001～)Frequency:433.33MHzSamplerate:20HzPrecision: 8mgDistance: 300metersVoltage: 3－5V(DC)Temperature:-25℃~70℃Idletime: 68daysContinuouslyworkingtime:18hours深圳地王大廈風(fēng)振響應(yīng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)（建筑高325m，68層）(哈工大－香港城大，2003）HIT結(jié)構(gòu)高度:325m(68層)主要傳感器:風(fēng)速儀2無線傳感器569層66層44層22層2層MEMS（含加速度、溫度、聲、光、磁等6種傳感器）第66層加速度反應(yīng)第66層加速度譜室內(nèi)與室外噪聲對比建筑沿高度噪聲分布69層66層44層22層2層8.渤海CB32A生活平臺(tái)實(shí)時(shí)安全監(jiān)測系統(tǒng)(第二代監(jiān)測系統(tǒng)，哈工大等，2001～）

光纖光柵、壓電薄膜與疲勞壽命傳感器光纖光柵傳感器PVDFPVDFsensor疲勞壽命計(jì)傳感器布設(shè)現(xiàn)場與傳輸導(dǎo)線布設(shè)：●加速度傳感器：8個(gè)●光纖光柵傳感器：259個(gè)●壓電薄膜傳感器：178個(gè)●疲勞壽命計(jì):64個(gè)●導(dǎo)線總長：27，000米覆蓋：●管節(jié)點(diǎn)：12處●焊縫：23條●桿件：20根傳感器布設(shè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)布設(shè)完智能傳感器準(zhǔn)備下海的平臺(tái)導(dǎo)管架海上安裝就位的平臺(tái)導(dǎo)管架CB32APlatformafterConstructedInterfaceofDataAcquisitionSystem數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)傳輸與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫總控?cái)?shù)據(jù)庫備份數(shù)據(jù)庫互聯(lián)網(wǎng)RemoteDataTransferandMonitoringSystemTransferspeed:6.2MbpsTransferdistance:56kmWorkingfrequency:5.7GHzCB32AwirelessnodeWirelessnodeontheearthInterfaceofRemoteTerminal山東濱州黃河公路大橋(哈工大，2003)

三塔四跨斜拉橋：84+300+300+84m

2003年11月合攏，2004年7月18日通車

健康監(jiān)測系統(tǒng)

138光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器

2風(fēng)速儀

39加速度傳感器

1+3GPSMOTOROLA無線傳輸系統(tǒng)

LABVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

MATLAB應(yīng)變模態(tài)損傷識(shí)別方法

ANSYS7.2有限元分析模型

SQLSERVER2000網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫

LABVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)

MR智能阻尼控制

20根最長的斜拉索上安裝了40MR智能阻尼器半主動(dòng)控制算法電纜和光纜傳輸MOTOROLA無線傳輸系統(tǒng)現(xiàn)場控制中心基于Internet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集軟件與界面Internet網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操縱和控制臺(tái)灣研華PCI-1713數(shù)采卡,美國NI公司LABVIEWPCI總線結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)查詢SQLServer2000數(shù)據(jù)庫Intranet數(shù)據(jù)庫服務(wù)器查詢、打印、顯示等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)首頁界面系統(tǒng)功能區(qū)界面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面基于Internet網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)（現(xiàn)場中控室）智能健康監(jiān)測系統(tǒng)

是工程理論綜合與發(fā)展的象征是高新技術(shù)集成化的重要標(biāo)志是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)的集中體現(xiàn)進(jìn)一步研究的問題

傳感器的耐久性與復(fù)雜損傷變量和耐久性監(jiān)測傳感器無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與定位結(jié)構(gòu)模型修正與安全評(píng)定健康監(jiān)測集成系統(tǒng)重大工程應(yīng)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)III.智能混凝土、制品與結(jié)構(gòu)水泥與混凝土世界用量逐年遞增混凝土結(jié)構(gòu)普通混凝土高強(qiáng)混凝土高性能混凝土智能混凝土我國年混凝土用量約10億立方米，鋼筋用量約2500萬噸鋼筋和混凝土仍將是我國主要的工程結(jié)構(gòu)材料主要內(nèi)容：1.機(jī)敏混凝土及其制品2.智能纖維加強(qiáng)筋3.自增強(qiáng)阻尼混凝土4.自修復(fù)混凝土1.機(jī)敏混凝土及其制品機(jī)敏混凝土（或水泥漿）碳纖維混凝土添加納米混凝土＋1.1碳纖維水泥石機(jī)敏特性美國鐘端玲（DDL.Chung）1993年等首先發(fā)現(xiàn)了碳纖維混凝土（CFRC）的壓敏效應(yīng)電阻率vs壓應(yīng)力李卓球等1996年提出了CFRC的三階段自診斷區(qū)的概念；1998年首先發(fā)現(xiàn)了CFRC的溫敏(Seebeck)效應(yīng)電位差vs溫差碳纖維水泥石的力學(xué)（本征）特性（與普通混凝土比）抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度高2-4倍極限拉應(yīng)變高20-40倍壓縮韌度指數(shù)高60-100%機(jī)敏混凝土同時(shí)具備結(jié)構(gòu)材料和功能材料的良好特性1.機(jī)敏混凝土制備與特性2.機(jī)敏混凝土制品3.機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)哈工大1998年起主要研究內(nèi)容制備工藝與配合比力學(xué)性能與耐久性機(jī)敏特性(壓敏、溫敏和電磁屏蔽)標(biāo)準(zhǔn)傳感器熱敏制品1.機(jī)敏混凝土制備與特性2.機(jī)敏混凝土制品3.機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)哈工大1998年起主要研究內(nèi)容混凝土結(jié)構(gòu)梁的自感知與自診斷系統(tǒng)1.機(jī)敏混凝土制備與特性2.機(jī)敏混凝土制品3.機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)哈工大1998年起主要研究內(nèi)容說明：碳纖維混凝土——?dú)W進(jìn)萍等添加納米混凝土——李惠等碳纖維混凝土的溫敏特性與制品——李卓球等1）力學(xué)性能添加納米砂漿的抗壓強(qiáng)度添加納米砂漿的抗折強(qiáng)度編號(hào) 28天強(qiáng)度(MPa)

強(qiáng)度值(MPa) 提高程度(%) P 4.9 0 F32 5.8 17.8 F52 6.0 23.0 S32 5.8 19.2 S52 6.2 27.0 F3S2 6.0 21.8 抗壓強(qiáng)度：最高提高26％抗折強(qiáng)度：最高提高27％素混凝土裂縫寬、數(shù)量少、延性差延性差納米TiO裂縫多、細(xì)而密、延性好延性好2）壓敏性能——碳纖維摻量與電阻率關(guān)系纖維長度為6毫米纖維長度為3毫米凈漿3％Fe2O35％Fe2O35％TiO23％TiO25％SiO210％SiO2添加納米砂漿壓敏性能曲線添加納米砂漿

壓敏特性穩(wěn)定電阻變化率與應(yīng)力線性關(guān)系應(yīng)變靈敏度高3）機(jī)敏混凝土制品——標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變傳感元件水泥漿試塊系列產(chǎn)品：

30×30×50mm40×40×50mm

靈敏系數(shù)——智能混凝土：700；應(yīng)變片：2

混凝土相容性好，制作簡單耐久性能好

價(jià)格：約1～2元/個(gè)，應(yīng)變片4～5元/個(gè)發(fā)展系列定型標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變傳感元件

標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變傳感器埋置在混凝土（C40）內(nèi)的傳感器對混凝土應(yīng)力的監(jiān)測測試系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果水泥板規(guī)格：400

440

40mm控制器反饋驅(qū)動(dòng)熱電耦電源自控升溫?zé)崦粝到y(tǒng)4）熱敏特性

——融雪化冰水泥板II.智能纖維加強(qiáng)筋1.FRP筋的研究與應(yīng)用概況纖維增強(qiáng)塑料筋（FiberReinforcedPlastic，F(xiàn)RP)——連續(xù)纖維經(jīng)聚合物樹脂基體浸漬、拉擠成型FRP筋表面進(jìn)行纏繞纖維束、粘砂和刻痕等處理可增強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)。

旋轉(zhuǎn)拉力機(jī)

加熱爐

滑輪

樹脂

分束盤

合束盤

FRPFRP筋

纖維束

纖維束

FPbundleResinbar1.1FRP筋制作1.2FRP筋特點(diǎn)抗拉強(qiáng)度高耐腐蝕非磁性重量輕高疲勞限值低導(dǎo)熱性低導(dǎo)電性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系直到破壞是線彈性的無屈服點(diǎn)抗剪強(qiáng)度不超過抗拉強(qiáng)度的10%彈性模量低，通常為普通鋼筋的25%~70%高溫條件下力學(xué)性能較差1.3FRP筋分類按纖維種類CFRP筋GFRP筋A(yù)FRP筋HFRP筋按幾何形狀一維FRP筋二維FRP網(wǎng)格三維FRP網(wǎng)格FRP一維筋和索FRP二維和三維網(wǎng)格1.4FRP筋的制備、力學(xué)與感知性能纖維加強(qiáng)筋(FRP)碳纖維加強(qiáng)筋(CFRP)玻璃纖維加強(qiáng)筋(GFRP)＋C-GFRP（哈工大與哈爾濱玻璃鋼研究所，1999）CFRP筋測試試件ER--CFRP筋(

6)C-GFRP筋(

6)CFRP和C-GFRP筋同時(shí)具有加強(qiáng)筋和傳感器的特性，在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用顯示良好前景

（Mpa)

（％）-ER-P～ER

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1.5FRP加筋混凝土梁感知性能CFRP和C-GFRP筋同時(shí)具有加強(qiáng)筋和傳感器的特性，在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用顯示良好前景。但是，壓阻特性的離散性還有待進(jìn)一步改進(jìn)！III.自增強(qiáng)阻尼混凝土引言——阻尼和阻尼材料在結(jié)構(gòu)減振控制中起主導(dǎo)作用

結(jié)構(gòu)彈性階段阻尼比鋼結(jié)構(gòu)：1～2％鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：5％

結(jié)構(gòu)大地震下的彈塑性階段構(gòu)件延性——滯回耗能

——實(shí)質(zhì)是阻尼延性好、滯回耗能大、抗震性能好

2.自增強(qiáng)阻尼混凝土的阻尼特性阻尼增強(qiáng)摻料（添加擠）：苯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液、乳膠、甲基纖維素硅粉、和改性的硅粉分別記為B、C、L、M、SF和GSF水（kg）摻和料(kg)水灰比水(kg)砂(kg)石(kg)FDN（%）P50000.442206051075-SF420800.4120561010851.2GSF420800.4120561010851.2B5001000.321605971063-C5001000.361805941056-L5001000.402005851035-M50030.4221061410830.42.1材料的阻尼用損耗因子表征

表示彈性模量（儲(chǔ)存模量）；表示損耗模量VA4000粘彈譜儀2.2自增強(qiáng)水泥砂漿阻尼性能的測定試件尺寸：（100×12×5mm）試驗(yàn)參數(shù)：頻率（0.1~2Hz）溫度（-30~30℃）

2.3自增強(qiáng)水泥砂漿損耗因子和儲(chǔ)存模量（1）0.1Hz加載

-30℃-15℃0℃15℃30℃(%)(GPa)(%)(GPa)(%)(GPa)(%)(GPa)(%)(GPa)P1.3623.251.2823.30.7122.200.4721.800.5822.6M12.118.71.9520.71.8021.001.4821.32.6421.2B2.9214.43.9713.75.0212.98.8410.518.27.2C8.4224.91.4525.81.8624.93.8025.44.6723.6L8.5821.63.3023.36.1223.28.1921.14.2018.2SF7.3429.81.6631.51.0131.9