经验交流：智能土木结构理论初探（二）

3.智能土木结构理论的系统构成
3.1结构智能过程的层次划分
传统土木结构是被动结构。一旦设计制造完成，其性能和使用状态将在很大程度上不可预测和不可控制，给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，在线监测结构被开发出来，它赋予了传统土木结构在线监测机制，从而打开了一扇了解结构内部性能的窗口，使人们可以很容易地了解结构内部物理力学场的演变，这是结构智能的第一个层次。在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使结构具有自我感知、自我诊断、自我推理的能力，实现了第二级智能。
进一步在结构中引入自适应和自动控制机制，即根据自诊断和自推理的结果，耦合在结构中的执行系统做出必要的响应，从而实现智能控制结构，这是第三级智能。例如，可以抑制结构的开裂和变形行为、结构的腐蚀、老化和损伤行为以及结构的动力振动行为，以将结构保护和维持在较高的水平。
可见，在结构的智能进化过程中，根据智能程度可分为以下三个层次:
22第一层次:自感知CivilStructure，是智能结构的最低形态；
22第二层次:智能自诊断土木结构，具有对上一层次结果进行智能处理的功能，包括结构中力学和物理场的自计算、结构特定目标参数的自诊断、旨在制定结构自身行为应对策略的自推理。
22第三层次:智能控制土木结构，这是智能土木结构的形式。
3.2智能土木结构的分类
智能土木结构按其材料可分为两种，具体描述如下:
1)嵌入式智能土木结构:将具有传感、动作和控制功能的材料或仪器嵌入基材中，如钢结构、钢筋混凝土结构等，并集成现代计算机软硬件技术。传感元件收集和检测结构的内部信息，计算机分析这些信息。
这类智能结构只需要对传统的土木结构进行改进，不需要对结构的传统力学性能进行额外的研究。传统结构和智能结构之间很容易实现平滑过渡，因此成为研究的热点。
2)基体与智能材料的耦合结构:
有些结构材料具有智能功能，随着其力学和物理状态的变化，可以改变一些其他性质。如果碳纤维混凝土材料可以随自身应力改变其电导率，只要检测到这种变化，就可以间接获得结构的内部力学信息。
根据智能结构的用途不同，可分为以下几类:
1)具有裂缝自诊断、自愈合功能的智能混凝土结构；
2)具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构；
3)具有变形和损伤自诊断功能的智能混凝土结构；
4)具有疲劳寿命预测能力的智能土木结构；
5)能够监测钢筋或钢构件腐蚀状态的智能土木结构；
6)具有传感和自调节功能的智能减振(桥)结构；
3.3智能土木结构的研究内容
3.3.1智能策略的研究
智能土木结构的首要研究内容是传统结构的智能概念设计的策略研究。根据结构类型及其重要程度的差异，以及现有的技术水平和经济资金，合理确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节约的前提下，采用功能层次合理的智能化土木结构。确定智能目标后，需要做一些准备工作，分别是:预测结构在使用中的各种可能行为，预测结构在力学和物理环境中的各种反应，从而确定结构需要智能监测的部位，确定整体监测方案。