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探析智能材料在建筑中的应用

2014-5-22 12:30| 发布者: dzly| 查看: 500| 评论: 0|原作者: 张阿玲

摘要: 本文首先介绍了关于智能材料的概述以及智能材料的现状,接下来介绍了从四个方面对智能材料在建筑中的应用进行 了探析。

      随着全世界经济的发展,科学技术水平也在不断地提高。
      科学技术的发展已经远远超乎人们的想象,很多科学技术令人叹为观止、瞠目结舌。在众多的科学技术当中,对智能材料的发明并将其成功运用是一项非常具有突破性的技术创造。将智能材料运用在桥梁建筑中,能够及时准确的检测出桥梁存在的安全隐患。例如桥梁受到洪水的冲击或者受到轮船的撞击后,通过镶嵌在桥梁内的智能材料能够迅速感知到洪水或者轮船对桥身撞击产生的破坏,并及时采取相应的补救措施。
      1 关于智能材料的概述以及智能材料的现状
      材料是人类生活中不可缺少的元素,是人类生产和生活的基础。人类的住房、商场、走的马路、桥梁等等都是通过材料构成的,也就是说没有材料就没有我们形形色色的现代化生活。
      对于材料的研究,学者们一般将其分为两部分:结构性材料和功能性材料。两者的用途和性能不一样,对于结构性材料,主要研究的是它的机械强度,功能材料主要研究的是它特有的功能。
      最早对智能材料的研究应该追溯到1989年,日本高木俊宜教授指出智能材料是能够感知环境变化,并通过自我判断和结论而实现和执行指令的材料,这种材料与传统的结构材料和功能材料不同,它模糊了两者的界限,换句话说智能材料是两者的融合,不能够将智能材料明确的区分成结构材料或者功能材料,智能材料的功能非常特殊。
      智能材料是以功能材料为基础形成的。目前来说,功能材料分为两大类:第一是能够通过对温度、电场变化的感知来改变材料自身的颜色、形状、大小、尺寸等某方面性能,材料的这些功能能够是材料对环境具有很好的适应性,可是用具有这种功能的材料制作成很多执行器,这一类材料叫做驱动材料;第二种材料能够感知来自外界的或者内部的刺激以及刺激的变化,例如受力大小的变化、电、热、光、辐射等。利用材料的这种特性可以制成各种传感器。智能材料既具有驱动材料的特性也同时具有敏感材料的特性。对于智能材料的分类可以按照改变性能和改变能量两种形式进行,如下图一二所示。


      2 智能材料在建筑中的应用浅析
      2.1 智能材料在桥梁建筑中的应用
      桥梁主要是用于承受动载荷的构建,容易被大气污染,因此要求能够监测到它的受载力和强度,并且要根据监测结果进行维修,减少定时检测和维修的费用。
      第一方面,桥座力的检测中的运用:桥座主要是由弹性层、加强板组成的堆积体,在其中用到的智能材料光纤传感器,在桥座的受载情况有变化时,由微弯器对光纤产生作用,使光纤输出地光强也发生改变,从而引起光敏管的输出变化,最后工作人员通过检测光敏管的信号变化就能了解到桥座的受载情况。
      第二方面,桥梁长期监测中的应用:目前已有部分桥梁在对桥梁性能的长期监测中通过采用光纤智能结构来实现。例如在Kererkusen 大桥上,桥梁设计者们在合成树脂砂浆中加入光纤,形成了预应力筋,并在每根筋中装上两个光纤传感器,达到对桥梁长期监测的目的。加拿大的Beddington Trail 桥梁的桥墩部分首次运用碳纤维复合材料代替混凝土钢筋,这是因为碳纤维能够避免钢筋的腐蚀性问题。
      2.2 智能材料在土木工程结构中的应用。
      智能材料与土木工程建筑的结构相结合就是所谓的智能土木结构,土木工程的结构主要强调的是强度、安全性、耐久性几个要素,这些因素也是智能土木结构要考虑的问题。一个土木工程项目在开工之前进行必要的性能研究分析有利于提前了解建筑过程中会遇到的问题,提前做好防范措施,降低土木工程施工过程的风险,同时还有利于降低整个建筑项目的成本。但是,以上多说的研究分析是以外部性能检测为基础进行的,然而现实的情况是单单依靠对外部性能检测得到的数据就进行研究分析是不全面的,必须要考虑到建筑物内部性能的变化情况。因此,智能材料在此就体现出了优势,把智能材料,例如智能传感器安装在建筑物的内部,这些智能材料能够非常敏感的检测到建筑物内部结构的变化,并能够及时准确的把相关信息反馈给检测中心,从而研究分析人员能够充分了解建筑物外部和内部的结构性变化,根据这些信息做出正确的处理措施。随着科学技术的不断发展,对智能传感器之类的材料运用已经逐渐成熟,在此过程中其应用范围也逐渐的扩大,因此有了智能大厦这个说法。
      除了土木工程的结构完整性,钢筋混凝土的结构强度也是土木工程中一项非常重要的技术。可以模仿在建筑物中植入传感器的做法,在钢筋混凝土的结构中也植入相应的传感器,并且植入的多个传感器会形成一个传感器网络,能够及时的检测到钢筋混凝土结构性能的变化,并把相关信息及时的传递给管理中心。
      3 结语
      鉴于智能材料特殊的性能和优势,在建筑中智能材料扮演的角色越来越重要,甚至现代化的建筑已经离不开智能材料。
      随着科学技术的发展,智能材料的使用技术肯定会越来越成熟、越来越完善,其适用范围会越来越广,智能材料会给人们带来更多的便利。因此,借鉴国内外先进的科学技术对智能材料进行研究,具有重要的意义。
     
     
  

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