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。
关键词：土木工程；智能结构；主动控制
前言
近些年来我国地震灾害频发，为了应对我国加大了结构抗震的研究，目前研究方向已经有被动控制过渡到主动控制。智能结构主动控制体系还处于试验阶段，需要较高的硬件和软件技术水平，建筑的智能系统还需要强大的能源系统进行支持，但是智能建筑结构可以使自身所受影响降低50%以上，所以加强这项技术的研究和应用是未来建筑结构设计发展的方向。
1 智能结构控制的组成原件
信号处理器、信号传导器、信号控制器组成了智能结构的主要控制系统，它的工作原理来自仿生学，是通过生物对外界认识和感知方式来进行建筑结构内部的的信息传输，很多结构在设计上应用传导器和信号驱动元件进行集成处理，当传感器发现结构出现风险隐患时，就可以对这一信号进行外部加工，并使其连接信号控制器，并且利用信号控制器直接进行决策，并形成处理结果和指令，使其在结构调节中实现结构的减震效果，从而达到结构减震的目的。
结构在受到外界环境影响的情况下就会发生工程结构的特性变化，这样就可以根据自适应装置改变整体结构状态，在遇到地震或者强风状态下，就能保证基本的结构安全。
另外利用智能结构材料控制系统，可以真实的体现结构控制的一体化，这种控制能力可以在地震强度不确定的情况下，自动做出控制性反应。以求提高结构的抗震能力，这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。
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。
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3 智能检测与健康诊断
3.1智能传感元件
土木工程中常将传感元件粘贴或埋入在建筑结构中进行健康监测，这样不仅得到的监测结果更为准确，还能够更好地评价建筑结构的安全性与你耐久性，有利于为工作人员提供合理依据和良好建议，决定该建筑结构是需要维修还是宣布报废。重大土木工程建筑结构中，设备一般处于陈旧老化的不良状态，传统的传感器因不能适应其实际使用需求而被有耐久性和稳定性较高的传感器所替代。尤其是在智能传感材料出现后，类似光纤和具有形状记忆的合金及电阻应变丝等先进材料的应用为土木工程智能检测大开方便之门。
3.2健康诊断评定
根据覆盖范围不同，健康诊断评定分为局部和整体两种，局部诊断评定的对象一般是比较具体且可以的建筑结构，即当前技术发展较为成熟且涉及众多现代科学的无损检测，例如目测法、X射线检测、超声波检测、硬度测试法及磁粉法等等。无损检测技术相当昂贵，且仅局限于建筑结构的局部诊断评定，应用范围较小不说，有些检测部位甚至检测不到，这就导致对建筑结构的整体诊断评定检测不及时，影响到建筑在正式投入使用后的安全性。
是否有一种方法可以针对建筑结构本身的整体性进行诊断评定呢？经实验证实，智能结构控制系统可以通过自感知、自诊断的智能传感元件完成这一任务。例如应用光纤技术和半导体材料设备进行实时监测，不仅能够灵敏测出结构损伤，还能对损伤程度进行有效监控，可谓一举两得。智能结构控制系统检测到的常见问题有发生裂缝破损问题和应力作用下裂缝会愈演愈烈，通过只能结构控制系统可以最大限度地控制结构裂缝，避免发生超过限度后的灾难性建筑安全事故。
4 智能结构的关键问题
4.1提高信息处理技术
智能结构控制系统中主要的结构元件有传感元件、驱动元件和乙级控制元件，它们在组合的过程中若要成功定位则要求进行一个完整的计算过程，在这个计算过程中常用小波分析技术、时间有限元模型理论及光时域反射计检测技术等对数据总线、连接网络进行定位，并将传感器的信息处理与数据传输融为一体。
4.2发展控制集成技术
各部件的运行全部由与控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢大脑类似的智能结构控制系统全权主导，众多元件经集成化处理后被连到控制系统当中，结构内部处于半闭合的状态。土木工程结构一旦不幸遭遇火灾、地震、洪水等恶劣的自然灾害而发生形状改变时，智能结构控制系统的可变性难度加大，因此在技术发展过程中，只有解决了结构与形状稳定的问题才能获得预期效果。
4.3提高智能传感技术
智能传感技术的强大优势在于能够实现建筑结构在线、实时的监测，而这一优势又需要依赖传感元件来完成。理论上传感元件的使用具有一定的特殊性，主要表现在以下三点：其一，尺寸大小与薄厚程度不会影响结构外形；其二，主体结构的材料会与混凝土材料相容，并使强度影响到最低；其三，传感材料强大的物理性能在信号、电磁干扰方面发挥得淋漓尽致，因此研究智能传感技术要结合多家学科知识，实现传感材料物理性能的优化升级。
4.4发展智能驱动技术
作为能够改变智能结构形状和力学的智能驱动技术还是有效解决智能结构自身缺陷修补的关键性技术之一。驱动元件在结构内部中应用后会和自适应结构组成一个统一的功能性元件，该元件会随之外部环境的变化而改变结构的性能参数，自适应结构既是智能建筑与众不同的标志性构成，又是智能建筑向高级转变的关键所在。智能驱动技术的主要研究内容有以下三点：其一，驱动系统材料本身的机械性能要好，例如加大弹性模具量、提高抗冲击性等；其二，驱动系统材料与主体材料结合时，其兼容性与结合度要高；其三，加强频率响应宽，提高相应的速度，保证结构易被控制。
结语
智能建筑结构是一种新的科学技术，它含盖的范围很广，虽然目前看来研究费用和技术需求很大，但是在加强建筑自身安全性的问题上有着很大的潜力。目前在智能结构科学领域已经取得了一定的成果，这对现代建筑的设计和科技综合性产生了巨大的影响。随着智能材料技术的发展，建筑的智能结构的发展方向十分多变样，所以我们要结合智能建筑的材料优点，进行相应的结构设计，并使成为智能化、结构化的系统工程。
参考文献
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论文作者:赵国杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/27
标签：结构论文; 智能论文; 建筑结构论文; 材料论文; 元件论文; 土木工程论文; 控制系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;