土木工程智能材料结构系统分析

土木工程智能结构体系的研究与发展摘要：伴随着科技手段的高速发展，在工程材料研究与开发中运用了越来越多的高科技手段，而随着各种材料的不断涌现，智能材料的出现为解决力学问题提供了更加科学、有效的方法。

研究土木工程智能结构体系的构建可以说是当前土木工程建筑学中的一个研究热点。

土木工程的智能结构体系作为一项高端新型科学技术，它对于硬件与软件的技术水平具有较高的要求，能够大幅度地提升建筑的安全使用性。

本文对土木工程智能结构控制的原件组成进行了分析，并在此基础上全方位、深层次地探析了智能结构在土木工程领域的具体应用，并探究了土木工程智能结构未来发展趋势。

关键词：土木工程；智能结构体系；原件组成；发展趋势1土木工程智能结构体系及其材料的构成1.1构成体系通常，智能系统的体系结构由三个元素组成：传感器，信号处理器，控制器。

其设计原则基于仿生学，根据生物体对外部环境中的感知和识别模式实现建筑物技术结构的内部信息收集，传输，处理和收集，当系统收集到危险信号时，讯号处理模块处理后，将处理结构反馈给控制功能模块，以抵抗外部地震，达到抗地震的目的。

1.2构成材料第一，这种材料用于控制功能材料，比如压电材料，各种功能性凝胶等。

该类材料主要用于执行与系统控制有关的功能，可以根据环境中的各种外部变化而改变。

它可以根据外部温度和磁场的变化，更改自己的体系结构，架构和频率，以适应外部变化并将损失降到最低。

第二，感知类材料主要用于系统的传感器功能，例如用于合成金属，光纤等实现传感功能。

通常，土木工程系统的智能结构就像一个仿生结构体系，该系统旨在使土木工程结构更智能。

由于社会的发展和进步正在提高对土木工程结构的要求，土木工程智能结构系统的发展是一种趋势。

2智能结构在土木工程领域的具体应用2.1充当传感元件感知材料制作传感器时不可或缺的材料就是感知材料。

目前市场上最为常见的感知材料包括有碳纤维、压电材料、疲劳寿命丝、电阻应变丝、光导纤维等。

土木工程智能结构控制体系的相关探讨摘要近年来，我国频遭地震灾害困扰，为加强土木工程的安全性与抗震性，目前关于土木工程建筑结构的研究已由过去的被动控制转变为主动控制。

智能结构作为主动控制系统的一支还处于初步试验阶段，需要更强大的软硬件和能源系统作支撑，因此未来的研究重点应放在加强土木工程智能结构控制体系上。

关键词土木工程；智能结构；控制体系1 智能结构的系统构成信号的处理器、传导器和控制器共同组成了智能结构系统，源自仿生学的工作原理是指类似生物会对外界环境的变化产生不同反应一样，信号也会在结构内部完成传输任务。

在智能结构设计时，会用到稳定性较高的传感器和信号驱动元件进行集成处理工作，结构内部一旦存在安全隐患，传感器会立刻启动外部传输系统，将危险信息传输到控制器中，再经控制器决定如何处理，以达到结构减震的目的。

建筑结构具有传导性，一旦其受到外界环境的影响必然会导致土木工程结构特性发生改变，而配有适应装置的智能结构则可根据外部环境自行调整整体结构状态以保证建筑结构安全，尤其当遭遇强风或地震这种自然灾害时。

不仅如此，智能结构控制系统有助于实现结构控制一体化的优势在地震强度不明确时便可发挥得淋漓尽致；智能结构控制体系有助于提高建筑结构抗震性也是智能材料在工程结构和振动控制中实现智能化的关键之一。

因此可以说，智能结构的出现对建筑设计、施工及检测而言都是一次革新。

2 智能材料的研发应用应用于土木工程的智能结构控制系统主要集中在三个方面：其一，使结构与形状相适应；其二，对建筑结构进行健康诊断与评定；其三，强化建筑结构的抗震性及抗风降噪等能力。

而智能材料主要有两类，一类用于制造传感元件，另一类用于制造驱动元件。

用于制造传感元件的智能材料可以感知到材料内外结构的刺激强度和应变能力，因而又被称为感知材料，主要适用于光导纤维、亚高分子合金及压电陶瓷等；用于制造传感元件的智能材料主要有变体材料、形状记忆材料及磁流变体材料等，它们能够根据外界环境的变化来调节自身结构，以形成一定的自适应功能与机械性。

J IAN SHE YAN JIU技术应用232智能材料与结构在土木工程领域应用研究Zhi neng cai liao yu jie gouzai tu mu gong cheng ling yu ying yong yan jiu吴雯土木工程结构规模较大，智能材料与结构在土木工程领域的应用可以增强工程结构与基础设施的安全性，有效减少混凝土结构的维修成本。

基于此，本文主要对智能材料与结构在土木工程领域中的应用作了简要的分析和论述，希望给相关研究人员带来参考价值。

智能材料与结构这个概念最早提出在1989年，它是一种对环境具有可感知、可响应等功能的新材料。

智能材料与结构是一门新兴学科。

近年来，随着智能材料与结构的发展，智能材料应用的范围也越来越广，国内外专家学者对智能材料的相关研究也在不断深入，逐渐成为工程学科发展的前沿。

一、智能材料与结构的基本概念智能材料与结构，顾名思义，这种材料与结构具有智能性。

目前，在工程领域所使用的智能材料与结构的智能性主要体现在其具有感知和控制等功能上，这种复合材料能像生物体一样感知到环境中各项因素的变化，并且其能够将有关信息进行传输，工作人员可以根据相关信息来判断结构状态。

原构件本身没有感知功能，它主要通过融入材料使新的复合材料具有感知环境状况的功能。

融入材料也应具备对环境参数的敏感性。

此外，智能材料与结构还能在材料与结构中传输各种信息，其具有体积小，传输信息量大的特点，目前比较常用的传递方法是通过光导纤维来传递信息。

智能材料与结构的智能性主要体现在其与普通功能材料的区别上，除了上面所述的能敏感、传输环境参数外，它还具有分析、判断环境参数的性质与变化的功能，经过“训练”的智能材料与结构能够实现上述功能。

近年来，随着计算机技术的发展，人们尝试通过在智能材料与结构中植入小型电脑芯片，将材料的敏感信息通过神经网络传输到计算机系统中，以实现更多智能特性。

智能材料与结构中的超小芯片可以控制微型驱动系统，它具有很强的自适应特性，当环境中的温度、湿度等发生变化时，它能够自动适应，同时它具有自修复功能，如果构件发生损伤，它可以自行修复，省去了很多麻烦。

智能土木工程研究现状与应用分析摘要：随着计算机与互联网的发展，当今社会已经进入了互联信息时代。

由此，土木工程领域也产生了很多新型学科，基于智能化发展的现代智能土木工程技术越来越受到国内外学者的密切关注。

智能土木工程是指利用智能材料，进行智能设计，开展智能施工，完成智能结构，并进行智能化的运维与防灾减灾。

关键词：智能；土木工程；应用引言在每个阶段，“智能”的体现各不相同，如在智能材料的运用方面，主要依托于材料领域的革新，新型高性能得以涌现，进而运用到土木工程领域。

而在智能结构领域，主要以土木工程结构为对象，打造高度智能化的智能结构体系，智能施工更多种多样。

1土木工程智能化施工管理的重要性土木工程智能化作为一项系统性较强的综合工程，需要将计算机、网络技术、监控技术、通信技术等融合在一起，从而为人们提供更加优质的施工管理环境，提高土木工程的质量和安全性。

在新时代，土木工程受到社会各界的广泛关注和重视，也对土木工程管理工作提出了更高的要求。

这就需要在积极使用新材料、新工艺和新设备的同时，不断完善内部框架机制，并明确新时期土木工程管理的要求。

土木工程一般会涉及大量资金、多工种和多个主体，因此管理工作也相对较为复杂。

而实施土木工程智能化管理，积极运用智能技术，则能够为施工任务的顺利完成提供有力保障，提高土木工程质量。

除此之外，为了应对新时期对土木工程的新要求，需要在施工过程中明确各个部门的责任义务，这样才能保证工程管理的科学合理分工。

相关人员需要运用智能化技术来优化现有的人力资源，深入了解每一个岗位的实际工作内容，实现岗位与责任之间的有效分配，促进各个管理部门加强联系，通力合作，完成土木工程施工管理。

2智能土木工程研究现状2.1技术创新问题大部分土木工程建设企业的施工技术创新方向不明确，对施工技术创新的认识片面，未根据工程的实际施工情况选用适当的施工技术，导致施工技术的使用成效改进空间狭窄。

大部分土木工程施工人员的施工方法与观念固化且滞后，缺乏创新的能动性与思路，不利于技术创新进程的加速，更无法满足工程建造的现实要求。

土木工程智能结构体系略议近年来，由于我国土木工程结构的不合理导致安全事故频发，尤其是遭遇到地震灾害时，土木工程结构的稳定性欠缺严重的威胁了人们的生命财产安全，所以需要加强对土木工程智能结构体系的研究，把土木工程各项功能的被动控制逐渐转变为主动控制。

土木工程的结构使用期限一般都可以达到几十年甚至上百年，但是因为结构长时间的负载，材料不断的老化、腐蚀使结构的抗力逐渐的衰减，并且结构中存在的损伤也会不断的扩大，影响结构安全性。

智能结构体系是指利用信息技术和材料技术等对建筑结构的内部信息进行传递，当结构中某一部分出现问题时，会自动下达命令进行自行处理，实现建筑结构减震目的，保证结构安全性和稳定性。

一、土木工程智能结构体系的概念和研究现状土木工程智能结构体系是一种仿生结构体系，让土木结构更加的智能化，土木工程智能结构体系的发展是因为人们对建筑结构的要求不断的提高。

土木工程智能结构体系中包括主结构、传感器、控制器等等，土木工程智能结构中还使用了具备仿生功能的智能材料。

该结构体系的环境适应能力非常强，可以对结构内部情况进行监控，并对结构内部的损伤问题进行自我修复，避免危险突发时，结构自身受到破坏。

土木工程智能结构使工程的安全性和稳定性得到了保证，使土木工程的维修费用大大降低了，并且具备了预测结构危险状况的能力。

智能机构体系的主要原理就是在原本的土木结构中植入的传感系统，对结构性能进行实时监测。

二、土木工程智能结构体系的组成和应用（一）智能结构体系中控制元件的组成土木工程智能结构体系的控制系统主要由信号处理器、传感器和控制器等几种元件组成，而且整个智能控制系统全部按照仿生学的原理进行，它可以对即将发生的安全隐患进行仿生模拟，并分析此次安全隐患对建筑结构造成的影响，积极的做出相应的结构调整。

例如传感器在发现结构存在安全隐患时，会对安全隐患的相关信息进行传递，控制器接收到信息后对土木工程结构进行调整，避免结构受到影响，最终达到智能处理安全隐患的目的。

智能材料结构系统在土木工程中的应用摘要：在现代化的土木工程建设之中，智能材料有着广泛的应用，而加大智能材料的应用覆盖范围，对于土木工程建设项目的发展必将起到关键性的作用。

文章将针对这一方面的内容展开论述，详细的分析了智能材料在土木工程建设项目当中的应用，同时对智能材料的令后发展方向和应用的现状进行了探索，旨在推动和促进智能材料的应用范围，为土木工程建设奠定坚实的基本条件。

关键词：智能材料；结构系统；土木工程前言智能材料的智能主要体现在，其具备感知内外部环境变化的能力，并通过分析判断来调整自身以适度符合环境。

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。

1智能材料的特点一般的来讲，智能材料特性有以下几点：反馈功能、传感功能、自诊断功能、相应功能、信息的积累以及识别功能、建筑结构的自我修复功能、自适应功能等。

而当前所使用的智能材料还具有以下几个方面的特性：（1）在土木工程建设施工项目当中应用的智能材料可以对外界的环境进行准确的感知，可以精准的检测出环境当中的刺激和刺激所产生的强度，诸如应变量、应力、光、热能以及核辐射和化学能等；（2）智能建筑材料还具有一定的驱动能力，可以对外界的变化进行适当的相应；（3）智能材料可以按照事前设计好的方式，来对自身的相应进行控制，同时还可以选择相应的具体方式；（4）智能建筑材料对于外界刺激所产生的反应非常的快捷，并且非常恰当。

最后，智能材料受到外界的刺激并且当刺激消除之时，可以迅速的、在短时间之内恢复至最初始的状态。

2智能材料在土木工程中的应用2.1光导纤维在混泥土材料的监控大型混凝土结构的安全检测是研究的重点，现如今，在钢筋混凝土中置入光导纤维并用于通讯，监测替代传统的导线，这样实现了建筑的自动化等等。

土木工程中的智能材料与结构研究近年来，随着科学技术的不断进步，土木工程领域引入了智能材料和结构的研究。

智能材料是指那些能够根据环境条件或外部刺激自动调整其性质和功能的材料，而智能结构则是利用智能材料构建的具有自适应特性的工程结构。

本文将从智能材料和智能结构两个方面探讨土木工程中的智能材料与结构研究。

一、智能材料在土木工程中的应用1. 智能感知材料智能感知材料具有感知外界信号的能力，能够实时获取并传递外界信息。

在土木工程中，智能感知材料广泛应用于结构健康监测领域。

通过嵌入智能感知材料到结构中，可以及时监测结构的变形、应力和振动等参数，预测结构的损伤状况，提高结构的安全性和可靠性。

2. 智能调控材料智能调控材料能够根据外界环境变化自动调节其内部结构和性能。

在土木工程中，智能调控材料主要应用于隔振减震和形状调控领域。

通过使用智能调控材料构建的隔振减震系统，可以有效减少地震或风振对建筑结构造成的影响，保护建筑物及其内部设备的安全。

同时，智能调控材料也广泛应用于桥梁工程中，通过调节材料的形状和性能来改变桥梁的刚度和几何形态，提高桥梁的自适应能力和荷载承载能力。

3. 智能修复材料智能修复材料能够根据结构损伤的位置和程度自行修复，降低了维修和更换的成本。

在土木工程中，智能修复材料主要应用于混凝土结构和金属结构的修复领域。

智能修复材料通过嵌入微胶囊或纳米颗粒等修复剂，在结构损伤发生后自动释放修复剂，填补或修复结构中的裂缝和损伤，恢复结构的完整性和功能。

二、智能结构在土木工程中的应用1. 智能悬挂系统智能悬挂系统是指通过在建筑物或桥梁的结构中嵌入智能材料和传感器，实现对结构自适应运动控制的技术。

在土木工程中，智能悬挂系统广泛应用于高速铁路、地铁和大跨度桥梁等工程。

通过智能悬挂系统的应用，可以降低结构对地震和风振的响应，提高结构的安全性和舒适性。

2. 智能保温系统智能保温系统是指通过调节和控制建筑物墙体、屋顶和窗户等部位的密封性和保温性能，实现自动调控室内温度的系统。

智能化背景下智能材料结构系统应用研究福山热力集团有限公司 迟永贤由于各类的科学技术手段层出不穷，推动社会高速发展，在对土木工程进行建设的过程中越来越多的将智能化的材料与技术引入其中，从而显著的提升工程施工的效率与质量。

在开展实际工作的过程中，科学技术人员在偶然的一次实验中发现碳纤维和光电导电的纤维可以进行反应，制造出全新的智能材料，该项材料具有较强的感知性与抗断性。

深入的研究之后发现，智能材料具有普通材料没有的特征与功能。

智能材料会按照内部状况与环境状况进行变化，做出高效、精准与恰当的反应，进行自动的调节、分析与修复等功能，已经被较为广泛的运用在土木工程的建设工作中。

一、智能材料类别与特征（一）智能材料类别对智能材料进行分类的时候，需要依照应用与研究情况进行严格的细分，具有以下两种类别[1]：1.传感材料传感的材料主要是运用光纤维持性的压电材料得以实现。

主要对电、热、声以及光进行分析，分析其中的化学变化。

2.驱动材料该材料的关键组成成分由两个层面组成，一个层面是：压电材料，另一个层面是：形状记忆类型的合金。

二者关键的作用是对建筑工程与土木工程内部结构的变化造成影响。

与此同时，不同类别的材料的会随着环境的影响不断的变化，产生的感应效果是不同的。

智能性的材料将现代化的信息技术引入其中，将结构的功能进行智能化的升级。

智能材料结构最为核心的内容就是运用智能化的材料，智能材料的用途与功能有所不同，从而为土木工程提供了质量与应用的基础性保障[2]。

（二）智能材料特征1.传感和反馈智能材料可以较好地对外部与自身所在的环境进行感知，将相关的输入与输出的信息存储在对比的系统中，而后将数据信息对比的结果传递到控制系统之中。

2.信息识别积累与处理对信息量进行累计作为智能化材料，可以识别传感器设备网络中获得到的各类数据信息，对数据信息进行累计，应答作为可以按照外部环境与内部的条件进行具体的变化与反应的行为。

二、智能材料结构系统在土木工程中的应用智能材料结构系统在土木工程中的应用关键是在工程建设中的监控与实时的评估环节中，将智能化的材料广泛的运用到土木工程建设中，能够有效的规避安全事故的发生，规避由于施工问题导致要重新的施工的状况出现，从而保障施工的成本。

土木工程智能结构体系的研究随着科技的不断发展，土木工程的建设方式也在不断地发生着变化，智能结构体系是随着这种变化而诞生的。

这种新型结构体系利用现代科技手段，将传统的土木工程变得更为智能，更为高效，让人们在建造中更加安全舒适。

土木工程智能结构体系是由多种技术手段合成的一种新型建材。

通过这种新型材料的使用，能够减轻施工过程中的劳动强度，提高修建的速度，更加安全。

而这种新型材料普遍融合了电子流控、无线通信、网络控制等多种先进技术，让这种新型材料拥有了更加高效的管理方式。

土木工程智能结构体系的研究，可以分为三个核心部分：基础研究、工程应用、智能管理。

基础研究部分主要涉及智能结构材料的制造、性能测试及验证等方面。

它们不仅为智能结构材料的研究打下了坚实的基础，同时也拓展了智能结构材料的应用领域。

例如，在实现与电机的无线通信中，难点在于电机控制系统的设计和集成。

在这方面，研究人员们大量进行了实验研究，建立成熟的数据集，掌握高效率的模型设计方法，在此基础上开发了全局数据驱动的控制策略，从而可以真正意义上地实现长距离的、低功耗、准确定位的无线通信。

在工程应用领域，主要是将新型材料与传统土木工程相结合。

例如，在施工场地的工作中，对于混凝土的浇筑、环保管理和施工监督要求都非常高。

这时就可以使用智能混凝土材料，通过预先设置传感器或者高清摄像头，来精确感知混凝土的流动情况，以此来保证施工质量。

此外，在桥梁和隧道的建设过程中，也可以通过对智能材料的细节控制，达到空中建设的目的，进而达到快速完成建设的效果。

智能管理则是整个研究中的关键部分。

这是通过与云计算、数据挖掘、大数据等技术打通连接，从智能材料的生产、销售、维护等环节处对其进行全面监管、管理，进而提高其生产效率和性价比。

例如，在保持施工管理的同时，还可以对建筑进程进行计算和监测，以达到最佳的施工方案。

此外，智能管理还可以通过让整个施工过程更加直观透明，来达到智慧化管理的目的。

智能材料结构系统在土木工程中的应用摘要：在土木工程中，智能材料结构系统的出现与应用能够为其发展做出了很大贡献，它能够增减土木工程结构功能，提高结构使用效率，优化结构设计形式，更重要的一点还包括它能够更新传统土木工程中的结构设计、建造、使用、维护等重要作用。

关键词：智能材料结构；土木工程；应用智能材料的应用对于土木工程的建设和发展有着重大的现实意义，而且它所具有的较高适应能力也让传统土木工程结构得到极大的变化，使其成为具有生物特征的仿生学建筑，同时通过自身功能的实现，自动进行判断和响应，进一步保证了工程的安全性和可靠性，为土木工程各标准和指标的提升做出很大贡献。

1智能材料结构系统基本原理智能材料结构系统的概念尚无定论，但智能材料结构系统的定义都具备敏感、处理、执行三方面的功能。

一般定义，智能材料结构系统是指能够通过环境变化的感应获取信息，对信息进行自我判断和自我分析，而后针对相关信息下达相应的指令并加以执行的一种现代化的组合材料。

智能材料具有以下几个特点：第一，传感的作用。

传感的作用是指智能材料结构系统能够对于外部刺激获取相关信息，能对相关信息进行识别、比较、分类、判断和传播。

第二，反馈的作用。

反馈的作用是指输出的信息再次返回输入端，通过输入端对信息的处理，再反馈到系统上的过程。

第三，诊断和修复。

诊断和修复是指当信息出现异常时，智能材料能够感知和判断异常处并能进行自我修复。

2智能土木结构工程现状解决完整安全性、持久性和评估结构的力度的问题是智能土木结构的被渐渐重视和使用的原因。

为了大大地降低维护和修理的费用和加强估计的能力，可以对建筑物进行土木结构的性能的监测和预测。

目前的水平不能很好的对土木结构工程继续进行很好的检测并控制，也不能很有效地对土木结构工程被损坏情况进行预测和正确的评价。

这些方法存在的不足是利用把预测点从外面往内部的方法。

从另外一个角度来看，它将会不可避免地渗入各种各样的数据信息，并且发生混乱，这样带来的后果就是使得监测失去了它原有的意义，同时也降低了效率，更严重的是会导致一个错误的结果。