论述土木工程智能结构体系的控制发展

摘要：近年来，由于我国建筑结构的不合理导致地震等灾害严重威胁了人民的生命以及财产，面对这种情况，我国政府联合相关部门在建筑结构抗震的研究中投入了大量的人力、物力以及财力，土木工程的结构控制体系也逐步从被动向主动发展。 虽然土木工程的智能结构体系对于降低地震等灾害的影响是非常有帮助的，但是由于处于发展的初级阶段，该体系还有很多需要完善和发展的环节。

关键词：土木工程；智能结构；控制发展

一、智能结构控制的组成原件

要想全方位的了解智能结构体系，就要先从组成它的原件以及系统结构入手。 智能结构控制系统分为主控制系统和辅助控制系统两个主要的结构，在主要控制系统中，信号处理器、信号传导器以及信号控制器起到的作用是非常大的，它们的工作都是围绕着仿生学的原理而展开的。 仿生学的原理在现代建筑体系中被广泛的应用，这与仿生学通过认知以及感知的方式真实的还原并且传输建筑结构的内部信息有着很大的关系。 当传导器与信号驱动元件对传输的信息进行处理之后，一个较为完善的建筑体系就基本完成了； 在结构设计的过程中，传感器一旦发现安全隐患，就会立刻给予该隐患相应的处理，并向控制器反映这个安全威胁；控制器通过接受传感器的传输信号，立即处理和决策该安全隐患，并反馈到整个建筑体系的设计中，以实现减震的目的以及效果。 除了上面所说的三种原件之外，自适应装置在智能结构中同样占据着十分重要的位置，这是因为结构非常容易受到外界因素的影响而发生弯折、 扭曲的现象，自适应装置可以根据物理形变的不同适当的改变结构的形态，以保障结构在特殊环境下的安全和稳定。智能结构控制系统除了在建筑体系设计方面有重要的作用之外，在结构控制环节中同样可以达到一体化的管理状态， 这和智能材料所做出的贡献是密不可分的。

二、智能结构控制应用现状

现如今， 智能结构控制体系的发展只能说刚刚达到了初级阶段， 体系还远远没有达到全面、 系统的发展阶段，研究的关键点主要集中在以下几个方面：

1、在结构的设计阶段，使结构能与形状的弹性改变相适应，以达到和谐共存的效果；

2、在结构成型之后，智能结构控制体系要达到对结构进行实时监控的效果， 以保障结构的安全和稳定；

3、当外界环境发生地震等自然灾害的时候，结构可以完全适应环境的变化，并给予及时应对处理。

三、结构损伤及健康检测

在建筑的检测环节中， 主要分为传统检测手段和现代检测手段两种检测类型。 传统的检测手段主要是目测方法，但是在高科技飞速发展的今天，目测法已经逐渐被取代； 现代检测手段主要包括声发射技术、X-射线技术以及超声波技术等， 这些检测都是以无损检测为核心的技术。无论是传统还是现代的检测手段，由于检测技术受到局部检测覆盖面的限制， 导致建筑性能的整体性退化不能被检测和有效的控制；除此之外，在建筑完成并交付使用之后，检测环节几乎就被忽略不计了，这对于建筑结构的后期损伤的检测工作是相当不利的。 这些检测手段的瑕疵和问题， 在智能化建筑结构体系中都可以得到相应的改善和解决，这和以自感器、自诊断器等新型的智能化传感材料所具有的强大功能是密不可分的。

四、智能材料的研发应用

在介绍完智能结构体系的原件之后， 不得不提的就是组成这些原件的智能材料，从材质、功能以及形状等多个方面可以把智能材料分为两个类型，那就是驱动制作材料以及传感制作材料。 驱动材料就是主要用来制作驱动原件的材料，主要是由变体、形状记忆以及磁流变体等基础材料组成，这些材料在利用外界温度、湿度以及磁场的条件而改变自身状态上有着极强的可塑性，并能在外界条件改变的情况下及时有效的进行适应和调整。 传感制作材料又称为感知材料，是主要制作传感器等原件的材料，主要是由光导纤维以及压电陶瓷传等基础材料组成，由感器的特性我们可以对于传感材料的功能有一个较为清楚的认识，那就是对结构进行物理功能上的感知。 无论是驱动材料还是传感材料， 它们都可以巧妙的利用外界条件对自身进行一定的调节，以满足结构的需求。 在智能结构建筑体系构建的过程中， 材料的选择要充分考虑结构功能的需求以及材料的特点。

五、智能结构的关键性问题和研究建议

1、提高智能传感技术

在组成智能结构的众多技术中， 最为主要的核心技术非传感技术莫属，这是因为由于传感元件特殊的材质以及功能，使得它对于整个建筑结构体系的实时检测功能的实现有着巨大的帮助和作用。 传感元件与其它传输型元件在很多环节都存在着差异性和特殊性，这在智能结构体系中可以非常清楚的看到。

2、发展智能驱动技术

上文中提到传感技术是智能建筑结构体系实现实时检测功能的有力保障，而结构形状的控制以及修复功能的实现则主要依赖于智能驱动技术，这和驱动元件的特点同样有着密不可分的联系。 当外界环境的改变造成结构发生物理形变以及扭曲现象的时候，驱动元件可以通过改变结构固有的特点来适应外界条件的改变，以保障结构的稳定与安全。

驱动技术未来的发展方向应从智能结构自身功能的角度上去考虑， 简单来说就是使智能建筑体系拥有驱动性的自适应能力。 以驱动技术为核心的自适应能力的产生和发展除了要建立相应的系统结构， 还要与驱动设备形成一个真正有机的整体，因为只有这样才能在第一时间自动的改变外界环境对于结构整体的影响。

3、发展智能控制集成技术

在土木工程智能结构体系中， 结构控制系统所起到的作用无疑是决定性的，它就如同人类大脑中的中枢神经系统一样， 支配着各个环节和部件的工作。 结构控制系统最大的特点是它的集成化处理模式，就是将系统直接与结构中的各种设备进行连接，通过高效的内部集成系统对部件进行集中、 综合的管理。 当由于外界环境改变而引起结构发生物理形变的现象出现时，结构控制系统的变化能力还远远不够，所以在结构控制系统未来的发展研究中，结构和形状的共同控制将是主要的研究方向。

4、提高信息处理与传输技术

智能结构控制系统分为主控制系统和辅助控制系统两个主要的结构，在主要控制系统中，信号处理器、信号传导器以及信号控制器起到的作用是非常大的，这些设备的组合是需要数据这座桥梁给予连接的，而一套系统、完善的数据则要通过一个较为复杂的计算过程才可以得出，在这个过程中数据总线、联接网络定位工作所起到的作用是十分明显的。

结束语：

较为传统的数据计算方法有小波分析限元模型理论以及光时域反射计检测技术两种，由于它们在信息处理的速度以及传输的稳定性方面都存在着一定的局限性，所以在今后对于如何同时进行数据传输与计算将成为一个重点研究的对象。