为什么我们需要结构健康监测?

为什么我们需要结构健康监测?资本密集型资产的所有者和维护管理人员正在寻找具有成本效益和可靠的检查和监测解决方案，以确保这些结构的安全和可靠性。现代设计规范现在着眼于更长的使用寿命。例如，《加拿大公路桥设计守则》(S6-14 2014的使用寿命75年用于新建桥梁。一个很好的例子是加拿大蒙特利尔的新尚普兰桥，它的设计寿命为125年。此外，直辖市、省和联邦政府也对“智慧城市”的概念越来越感兴趣。这愿景旨在运用先进科技，为市民和城市行政部门创造增值服务(Bui等人，2014)．在这种情况下，适当的检查和维护比以往任何时候都更加重要。现代结构健康监测(SHM)与创新无损检测解决方案都是为了满足这样的需求而开发的。

结构运行状况监测的另一个重要应用是提高现有基础设施的可靠性。北美现有的基础设施正迅速接近其设计使用寿命的终点。根据ASCE 2017基础设施成绩单在美国，近10%的桥梁(约5.6万座桥梁)存在某种结构缺陷，这使得它们很脆弱。加拿大的情况也好不到哪里去。加拿大大约有75000座高速公路桥梁;根据加拿大国家研究委员会(NRCC 2015)，近三分之一的这些桥梁在结构或功能上有缺陷。的崩溃热那亚的米兰迪桥2018年8月，意大利对现有基础设施的评估明确表明，需要立即关注。在政府可用资源有限的情况下，问题是如何实施SHM系统来帮助维修管理人员和决策者优先考虑恢复和更换项目。

但什么是结构健康监测?

结构健康监测(SHM)是指在结构使用寿命的每一个时刻，通过连接的传感器阵列来收集和分析数据。该系统的目标是识别和量化在使用寿命中可能发生的任何损坏或恶化状态(Balageas 2006)．虽然SHM系统的体系结构和部署可能各不相同，但它们都包含四个不同的子集(Chang, 2003):

• 由传感器阵列进行的周期性测量;
• 结构鉴定;
• 处理数据以确定损害;
• 结果分析与决策。

实施SHM系统是迈向主动维护系统的一步。现有的维护协议通常基于反应策略;这意味着修复和干预通常是在损害已经发生的情况下进行的。从生命周期成本分析的角度来看，这对组织来说可能是一个更昂贵的选择。这些干预措施通常伴随着结构或设施的计划外停机，而且修复方案并不有效。SHM系统可以帮助在早期阶段识别和量化这些结构缺陷，此时修复和恢复将更加经济有效，效率更高。

根据结构类型、环境以及结构和耐久性性能的不同方面，SHM系统中使用了一系列传感器。传感器可以是最基本的温度和湿度，也可以是先进的振动监测或声发射系统。

如果SHM是好的，为什么我们不使用它?

虽然结构健康监测解决方案看起来很有前途，但仍有一些问题限制了它们在实际工程实践中的使用。在本节中，我们将回顾其中的一些方面。

SHM系统的成本

结构健康监测系统的部署尚未广泛，主要是由于这些系统的技术和安装费用高昂。大多数现有的SHM解决方案都相对昂贵。

使用什么传感器

SHM系统的另一个方面仍然让许多业主和维护经理感到困惑，那就是所需要的传感器类型。选择一个好的传感器阵列是一项重要的任务，需要坚实的结构、材料和环境工程。

安装SHM系统

现有的结构健康监测(SHM)解决方案严重依赖于栓系(有线)系统(林奇和肯尼斯，2006年)，其中需要大量布线以收集元素级别的各种信息，并将其传输到集中的数据采集系统。这使得SHM的安装和实现相对耗时、劳动密集型和昂贵。

测试结果的解释

使用SHM系统意味着需要实时收集大量数据。分析和解释测试结果仍然是一个具有挑战性的问题。从结构部件的缺陷中识别与环境变化有关的数据尤其具有挑战性。基于这些数据的决策需要特殊的技能。

未来是光明的

传感技术(如MEMS、声学传感器、光纤)的最新进展和物联网(IoT)、移动网络(5G)和无线连接(Wi-Fi、蓝牙5)的最新发展最终为结构系统的检查和评估创造了一个有前途的平台。乐动体育网站好不好基于这些新技术的SHM系统有潜力收集每个事件的精确信息，并为创建主动维护系统铺平道路。结构和环境友好型SHM系统的体系结构第一次看起来非常有前途，并将永远颠覆传统的检查和监控。