土木工程结构损伤诊断研究论文

土木工程是一项综合性很高的课程,其中,土木工程材料的教学有着很强的实践性。下文是我为大家搜集整理的关于土木工程材料论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅论土木工程中关于智能材料的应用

【摘要】随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用。文章介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用情况，并展望了其在未来的应用趋势。

【关键词】智能材料;土木工程;特点;发展趋势

引言

目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。

一、智能材料类型及特点

智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。

二、土木工程中智能材料的应用

1.形状记忆合金的应用

形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。

2.压电材料的应用

压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。

3.光导纤维的应用

光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。

4.压磁材料的应用

压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。

三、智能材料的发展趋势

在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。

四、结语

综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用， 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]张亚东.智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯，2011(30)：49.

[2]黄浦时.关于智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字化用户，2013(11)：27.

[3]汪洋.智能建筑材料在绿色生态节能建筑中的应用[J].国外建材科技，2008，29(2)：123-126.

[4]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用[J].重庆交通学院学报，2005，24(6)：91-94.

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土木工程毕业设计摘要模板

毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。以下是我收集的土木工程毕业设计摘要，欢迎查看！

以土木工程为主的建筑业是我国国民经济的重要组成部分，是国民生产总值和劳动力的主要贡献者。从2003年至2012年，全国建筑安全形势在总体上呈现好转态势，但与发达国家相比，形势依然十分严峻。

究其主要原因是建筑业安全文化的缺乏。安全文化，自上个世纪80年代被提出来以来，被证实是解决人因失误最有效的办法和手段。本文对安全文化理论进行深入剖析，在此基础上结合我国土木工程施工安全事故案例，建立了我国土木工程安全文化模型，将安全文化分为三个层次：人、组织及环境，人的层面包括安全行为、安全意识和专业知识/安全知识；组织层面包括安全信念、管理者的承诺、员工的参与、沟通交流、安全政策、规则和指导方针、安全培训；环境层面包括社会文化、经济、法律、技术、项目环境和利益相关者。根据此模型针对施工单位工人、管理人员和监理人员设计调查问卷，并在全国范围内进行安全文化调查。本文利用因子分析法对回收数据进行分析，提取主要的影响因子并计算其得分，根据此结果对我国土木工程安全文化现状进行分析，发现：

1）施工单位的安全文化整体水平不高，管理人员和工人的安全意识还不错，但还有待提高。施工单位内的安全管理水平一般，工程项目利益相关者对施工单位有一定的负面影响，管理人员和工人对自己工作的认识均不够清晰，并且工程项目上存在很多影响安全的因素，需要加以重视；

2）监理单位的安全文化整体水平较好，监理的安全意识较好，监理单位也很注重内部安全管理，履行自己的安全监督职责。存在的主要问题是监理人员需要提高他们的专业/安全知识，同时，对业主与施工单位的负面影响应多加注意，因为这是影响安全监理的一个严重障碍。

针对调查分析结果提出改进我国土木工程安全文化的建议：

1）施工单位应健全项目安全管理组织，加强与各利益相关方的沟通交流，加强对管理人员及工人的培训，提高其技术水平、专业知识及安全知识；

2）监理单位应提高监理人员的安全管理业务素质，以增强监理人员的安全知识和专业知识，并加强与施工单位的沟通。并提出了对策和建议。

本文从承包商角度，对国际大型土木承包工程项目投标过程中的风险评估方法进行深入系统地研究。针对国际大型土木工程的特点，建立定性与定量相结合的数学模型，同时力图尽可能考虑风险因素的相关性，以深刻描述客观事物。本论文的研究方法可供承包商在对投标项目进行风险评估时参考，对在工程咨询中介机构中工作的造价工程师、监理工程师等也有一定的参考价值。

第一章，介绍了课题研究背景和国内外的最新研究动态，提出了本文的主要研究内容和技术路线。

第二章，对国际大型土木工程的投标程序、投标定价的模式以及投标理论研究状况进行分析，在此基础上系统分析了国际大型土木工程承包项目投标风险的总体结构、特性、测度指标和影响因素，提出工程投标风险评估是由选标风险评估、成本预测风险评估、投标工期风险评估、施工方案风险评估四部分组成。

第三章，针对承包单位面对选标的两种情况，分别建立了基于改进的AHP方法的选标风险评估模型和基于灰色关联分析的工程风险评估模型。

第四章，引入描述成本估算准确性的指标----成本估价风险的概念，分析了影响成本估价风险的影响因素；为准确地评价成本估算风险，对影响成本估价风险的风险因素之间的相关系数的求法进行研究；建立了基于偏最小二乘回归分析（PLS）的工程费用估算模型；建立了因素相关和独立条件下基于MAT LAB/SIMULINK的成本风险仿真模型，通过案例研究，对比了两个模型的仿真效果；研究了成本风险的`敏感度问题。

第五章，对项目施工工期和费用之间的相关性进行深入研究；考虑施工工期风险与费用估计风险之间的相互制约、相互影响的关系的基础上，建立了非线形的多加性随机网络（GERT）模型，用于工期风险的估计预测；对多加性随机网络的工期-费用优化问题进行了探讨。

第六章，采用网络层次分析ANP（Analytic Network Process）方法来评价施工方案风险，结果表明是否考虑风险因素相关，往往会影响最终的评价结果。第七章，对全文所做的工作进行总结，对今后的工作进行了展望。

随着大跨度结构和超高层建筑的不断发展，大型土木工程结构健康监测的研究与应用越来越受到学术界和工程界的重视。本文系统地开展土木工程结构性能监测系统和损伤识别方法的理论与实验研究，建立一种可用于测试结构动态响应以及监测交通流的新型水泥基压电传感系统，提出一种基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法，从而发展结构健康监测系统与方法。

主要研究工作与创新成果包括以下几个方面：

（1）在水泥基压电复合材料的基础上，研制了一种新型水泥基压电传感器，实验检测了传感器的频率独立性、线性度等基本性能，并使用标定程序确定了传感器的测量范围、灵敏度、线性度、滞回度和灵敏度界限等使用参数。研究结果表明，所研制的水泥基压电传感器具有很好的频率独立性和高度的输入输出线性关系，适用于大型土木工程结构的性能监测。

（2）建立了包括水泥基压电传感器、专门开发的小型电荷放大器、多通道数据采集仪和监测软件的水泥基压电传感系统，并将其应用到短柱和框架结构的动态响应测试以及交通流的监测等方面。模型实验结果表明，水泥基压电传感系统不仅可以准确地测试结构或构件的动态应力响应，还可以准确地监测交通流（包括人流和车流），并可以通过计算水泥基压电传感器的脉冲响应幅值来区分交通流中车辆的种类。

（3）在结构随机振动理论的基础上推导出结构动态响应的统计特征与结构损伤位置和损伤程度之间的关系，通过敏感性分析确定了以结构动态位移响应方差作为结构损伤识别的损伤指标，分析了使用该损伤指标可以部分消除测试误差的原理。数值模拟了一三跨连续梁在白噪声激励下的动态响应，观察了在不同损伤位置和损伤程度下结构动态位移响应方差的变化，从而评估了选择结构动态位移响应方差作为损伤指标的可行性。

（4）提出了一种基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法。在人工神经网络结构中，以结构动态响应方差和协方差的变化作为神经网络的输入，以结构的损伤位置和损伤程度作为神经网络的输出。数值模拟了一三跨连续梁的损伤识别过程，其中包含单损伤和多损伤两种损伤工况，每种损伤工况中又分为损伤位置识别和损伤程度识别。数值模拟结果表明，训练好的神经网络可以准确识别出结构的损伤位置和损伤程度，从而验证了所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法的有效性与可靠性。

（5）采用所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法，对一组两端固结的模型梁进行了结构损伤识别的模型实验。模型梁由铝合金型材制作，模拟带翼缘的薄壁箱梁。在实验中，分别采用单损伤工况和多损伤工况对神经网络进行训练和测试。实验结果表明，经过训练的神经网络可以基本准确地识别出结构损伤位置和损伤程度，从而进一步验证了所提出的基于结构动态响应统计特征的结构损伤识别人工神经网络方法的有效性与可靠性。