摘 要：本文对土木工程智能结构体系研究与发展进行分析，文中先对土木工程智能结构体系构成进行了阐述，其次对土木工程智能结构体系功能实现材料的研究进行了探讨，最后对其未来发展进行了研究。
关键词：土木工程；智能结构体系；研究；发展
近年来自然灾害频发，所导致的建筑结构安全性问题较多，其中地震导致的社会影响最为大[1]。而建筑在应用中，结构会发生老化，如何保证可能发生地震灾害问题得到预防，需要从建筑的土木结构方面展开研究。
一、土木工程智能结构体系的构成
建筑结构因时间迁延导致的损害情况众多，比如下图1a中开裂及剥离，又如b中结构抗力的严重退化，应用智能结构体系能够有效改善这一问题。该结构体系是由主控系统、辅控系统构成，前者主要构件为信号传导器、信号处理器、信号控制器等。智能结构体系是以仿生学为基础进行构架的，仿生学即是仿照生物的形态的学术，在现代建筑中应用广泛，通过感知、认知等方式对建筑结构内部信息的传输、还原。依靠建筑中的传感器进行信息材料，再通过信息反馈来实施相应的控制操作，这是智能体系最为核心的功能，土木工程智能结构体系也是应用这一途径实现减震功能，参与到减震环节中的是自适应装置，这一装置能够适应结构形态变化，为结构于特殊状况下保证稳定、安全。外界发生强烈的震动或者受到水平剪切力的情况下，智能结构能够快速的做出反应，进而使得结构受到影响降至最低。在进行土木工程智能结构体系的研究中，是利用现代智能管理控制手段达成建筑结构抗震、稳定效果的过程，其发展对于现代建筑物、构筑物的安全有着重大意义。
图1 时间迁延发生的混凝土与结构损害（左a，右b）
二、土木工程智能结构体系功能的实现材料的研究
1、修复功能
智能结构体系有着自修复功能的要求，在此中就需要应用帮助其达成功能的材料。在现阶段中主要采用是以下方式：裂缝发展的过程中对氧化作用材料进行遏制，对于结构节点、钢结构要实现进行该类材料的埋设，以此使裂缝修复加快；在混凝土材料中增加聚丙烯纤维此类材料，或者是玻璃纤维材料中增设聚丙烯纤维，该材料具有良好的质量弹性，能够实现自愈功能；混凝土发生开裂的情况下，可以选择预先埋设释放性材料，以此使裂缝得到填充。此外，也可以在建筑物的重要结构中先进行感知装置的预先埋设，以此使结构损伤在日常管理中可以察觉，并采取有效的控制措施，保证结构功能恢复。
2、控制功能
智能结构中控制功能的实现，是依赖隔震装置、阻力装置与驱动装置的达成的。隔震装置是对结构频率进行改变、阻尼装置是对结构中的震动能量进行消耗、驱动装置是对结构施加作用力。目前来看，主要使用的驱动材料含有磁致伸缩、可收缩膨胀、磁变液体、电变液体、形状记忆等类型的材料，驱动材料为原材的阻尼减震设备、控制设备，具有高效的反应速率，更有作用力大、能量消耗小的优势，是现代减震驱动装置发展的主要方向。
3、感知功能
智能控制体系中最为重要的部分便是感知功能，只有感知功能达到可靠、高效的条件下，才能实现其控制功能与修复功能。目前来看，性能良好的感知材料主要有电阻应变思、压电材料、碳纤维、光导纤维等。通过使用性能良好的感知材料，可以使传感元件性能更加优异，其中附着式阵列或埋入式传感阵列应用此类材料的效果更加明显，应用其自身的感知特性达成自动化控制、自我调节以及自我修复的功能。传感元件中的光纤材料进行光的传播，是通过局部发生变形进而实现的，光导纤维在反应上更为灵敏，可以展开数据传输，对于埋置材料性能影响较少，并且对电磁的干扰不敏感，同时有高熔点、耐腐蚀的优点，能够在各种环境中应用，同时可单线、多路复用，进而完成点、线、网的测量。对于智能结构体系中的局部应变测量的过程中，较为常见的传感元件应用是电阻应变片。结构之中进行电阻应变四埋置，使其与混凝土材料完全交接在一起。电阻应变丝可以根据要求进行不同形状、面积的变化，同时具有良好的抗电磁干扰性能，同时不对埋设材料造成性能影响。
三、土木工程智能结构未来发展
土木工程智能结构发展尚处于初级阶段，还未达到系统、全面的阶段，因此在进行研究的过程中主要集中在以下内容：结构设计中，要使结构可以与形状改变进行适应，以此实现两者的契合；结构在成型后，智能结构要能够对结构实时的监控，以此使结构稳定、安全得到保障；在结构外环境发生地震等直接作用建筑结构力的情况下结构能够与环境产生的改变相适应，并及时对其进行处理。未来发展中，智能结构的发展会向着更加全面的化的智能方向发展，具体有以下内容：
1、提升传感智能性
传感技术在土木工程中的主要作用是在线即时性检测，主要由传感元件实现。在目前来看，传感元件在进行使用中，理论存在一定特殊性，主要对以下智能性展开分析：设计厚度及规格不会造成结构外形的影响；传感的主要材料可以实现与混凝土融合，以此使强度影响减少；材料具有良好的物理性能，对于电磁干扰、信号干扰具有良好的抵抗效果。在现代进行智能传感器研究的过程中，要结合仿真学、电学以及其他材料学科，以此实现传感性能的升级和优化效果。传感材料在厚度上相对更薄，同时尺寸较小，对于结构的外形不造成影响。
2、提升驱动智能性
对于土木工程智能结构而言，驱动技术是保证其力学、形变的主要功能承载者，同时也是达成结构自身修复功能要求的关键。结构在跟随环境变化的过程中，应用的主要元件便是驱动，驱动元件能够实现结构阻尼、频率、刚度等性能的改变。因此，在整体智能结构体系中，驱动是与普通结构形成区别的关键，也是形成控制的关键条件。驱动元件结构能够与自适应结构构成功能元件，由此使结构阻尼、刚度、电磁场等直接得到改变。驱动智能性研究的主要发展方向为：和结构材料进行结合的过程中，要有良好的相容效果，且在结合强度上能够得到保障；材料自身需要有一定机械性能，例如抗冲击性、弹性等；频率响应宽加强，提升对应的速度，激励之后可以进行驱动力、变形量的提升，以此使结构控制更为简易。
3、提升控制集成化
结构控制系统就如同人的大脑一般，对于各个部件运行及应用具有主导作用，可以对较多元件实施集成化处理，同时将控制系统与各个控制的结构进行连接，使结构部件能够保证为半闭合的状态。在建筑结构因为地震等条件发生形变的情况下，会导致系统操作性降低，控制难度增加，因此在系统的控制发展中要重视到形状控制、结构稳定之间的关系与控制，以此使理想的稳定状态实现。
结束语
随着现代技术、经济的快速发展，建筑行业具有了更多的技术种类，不仅使建筑建设高效化发展，同时也使建筑使用更为安全、可靠。本文探讨了现代土木工程智能结构体系的研究与发展，能够为现代建筑结构发展提供借鉴。
参考文献:
[1]代永红.浅谈智能材料结构系统应用在土木工程中的研究[J].城市地理,2014(20):43.