3.智能土木結(jié)構(gòu)理論的體系構(gòu)成
3.1結(jié)構(gòu)智能化歷程的層次劃分
傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu)，一經(jīng)設(shè)計、制造完成后，其性能及使用狀態(tài)將很大程度上存在著不可預(yù)知性和不可控制性，這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)帶來不便。為了解決這一問題，發(fā)展出了在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)，它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測機(jī)制，從而為探知結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理、力學(xué)場的演變情況，這就是結(jié)構(gòu)智能化的第一層次。在在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能處理機(jī)制，使得結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了第二層次的智能化。
進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)中引入自適應(yīng)及自動控制機(jī)制，即根據(jù)自診斷自推理的成果，由在結(jié)構(gòu)中耦合的作動系統(tǒng)做出必要的反應(yīng)，從而實現(xiàn)智能控制結(jié)構(gòu)，這就是第三層次的智能化。比如，對結(jié)構(gòu)的開裂、變形行為，結(jié)構(gòu)的銹蝕、老化、損傷行為，以及結(jié)構(gòu)的動力振動行為做出抑制性控制，在更高層次上對結(jié)構(gòu)起到保護(hù)和維修作用。
可見，在結(jié)構(gòu)智能化演化過程中，按其智能化程度的不同可劃分為如下三個層次：
22第一層次：自感知土木結(jié)構(gòu)（Self-sensoryCivilStructure），它是智能結(jié)構(gòu)的最低級形式；
22第二層次：自診斷智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有對前一層次結(jié)果的智能化加工處理，包括結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)物理場的自我計算，對結(jié)構(gòu)特定目標(biāo)參數(shù)的自我診斷，以及以做出結(jié)構(gòu)自身行為的應(yīng)對策略為目標(biāo)的自我推理等功能。
22第三層次：智能控制土木結(jié)構(gòu)（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木結(jié)構(gòu)的形式。
3.2智能土木結(jié)構(gòu)分類
智能土木結(jié)構(gòu)按其材料可分為兩種類型，分述如下：
1）嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)：在基體材料如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進(jìn)現(xiàn)代計算機(jī)硬件軟件技術(shù)，由傳感元件采集和檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，由計算機(jī)對這些信息進(jìn)行加工處理，并將處理結(jié)果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅(qū)動元件執(zhí)行相應(yīng)動作。
屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)即可，無須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學(xué)性能，易于做到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡，故而成為研究的焦點。
2）基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)：
某些結(jié)構(gòu)材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學(xué)、物理狀態(tài)的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導(dǎo)電性能，只要探測到這一改變，便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學(xué)信息。
按照結(jié)構(gòu)智能化目的的不同，又可將其分為如下幾類：
1）具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
2）具有應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
3）具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
4）具有疲勞壽命預(yù)報能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
5）具有監(jiān)測鋼筋或鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
6）具有感知和自我調(diào)節(jié)功能的智能減振（橋梁）結(jié)構(gòu)；
3.3智能土木結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木結(jié)構(gòu)的首要研究內(nèi)容就是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設(shè)計策略性研究。需要針對結(jié)構(gòu)類型及其重要性的不同，以及現(xiàn)有工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標(biāo)，在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、實用性和經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下采用合理功能層次的智能土木結(jié)構(gòu)。確定了智能化目標(biāo)以后，就需要著手做一些準(zhǔn)備工作，它們是：對結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進(jìn)行預(yù)測，對結(jié)構(gòu)在力學(xué)物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應(yīng)進(jìn)行預(yù)估，以確定結(jié)構(gòu)中需要實現(xiàn)智能化監(jiān)控的部位，確定整體監(jiān)控方案。
3.1結(jié)構(gòu)智能化歷程的層次劃分
傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)是一種被動結(jié)構(gòu)，一經(jīng)設(shè)計、制造完成后，其性能及使用狀態(tài)將很大程度上存在著不可預(yù)知性和不可控制性，這就給結(jié)構(gòu)的使用和維護(hù)帶來不便。為了解決這一問題，發(fā)展出了在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)，它賦予傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)以在線監(jiān)測機(jī)制，從而為探知結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理、力學(xué)場的演變情況，這就是結(jié)構(gòu)智能化的第一層次。在在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加了監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能處理機(jī)制，使得結(jié)構(gòu)具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了第二層次的智能化。
進(jìn)一步在結(jié)構(gòu)中引入自適應(yīng)及自動控制機(jī)制，即根據(jù)自診斷自推理的成果，由在結(jié)構(gòu)中耦合的作動系統(tǒng)做出必要的反應(yīng)，從而實現(xiàn)智能控制結(jié)構(gòu)，這就是第三層次的智能化。比如，對結(jié)構(gòu)的開裂、變形行為，結(jié)構(gòu)的銹蝕、老化、損傷行為，以及結(jié)構(gòu)的動力振動行為做出抑制性控制，在更高層次上對結(jié)構(gòu)起到保護(hù)和維修作用。
可見，在結(jié)構(gòu)智能化演化過程中，按其智能化程度的不同可劃分為如下三個層次：
22第一層次：自感知土木結(jié)構(gòu)（Self-sensoryCivilStructure），它是智能結(jié)構(gòu)的最低級形式；
22第二層次：自診斷智能土木結(jié)構(gòu)（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有對前一層次結(jié)果的智能化加工處理，包括結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)物理場的自我計算，對結(jié)構(gòu)特定目標(biāo)參數(shù)的自我診斷，以及以做出結(jié)構(gòu)自身行為的應(yīng)對策略為目標(biāo)的自我推理等功能。
22第三層次：智能控制土木結(jié)構(gòu)（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木結(jié)構(gòu)的形式。
3.2智能土木結(jié)構(gòu)分類
智能土木結(jié)構(gòu)按其材料可分為兩種類型，分述如下：
1）嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)：在基體材料如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進(jìn)現(xiàn)代計算機(jī)硬件軟件技術(shù)，由傳感元件采集和檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息，由計算機(jī)對這些信息進(jìn)行加工處理，并將處理結(jié)果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅(qū)動元件執(zhí)行相應(yīng)動作。
屬于這種類型的智能結(jié)構(gòu)只需對傳統(tǒng)土木結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)即可，無須額外研究結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)力學(xué)性能，易于做到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡，故而成為研究的焦點。
2）基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)：
某些結(jié)構(gòu)材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學(xué)、物理狀態(tài)的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導(dǎo)電性能，只要探測到這一改變，便可以間接獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力學(xué)信息。
按照結(jié)構(gòu)智能化目的的不同，又可將其分為如下幾類：
1）具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
2）具有應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
3）具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結(jié)構(gòu)；
4）具有疲勞壽命預(yù)報能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
5）具有監(jiān)測鋼筋或鋼構(gòu)件銹蝕狀態(tài)能力的智能土木結(jié)構(gòu)；
6）具有感知和自我調(diào)節(jié)功能的智能減振（橋梁）結(jié)構(gòu)；
3.3智能土木結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木結(jié)構(gòu)的首要研究內(nèi)容就是對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能化的概念設(shè)計策略性研究。需要針對結(jié)構(gòu)類型及其重要性的不同，以及現(xiàn)有工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標(biāo)，在兼顧技術(shù)先進(jìn)性、實用性和經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下采用合理功能層次的智能土木結(jié)構(gòu)。確定了智能化目標(biāo)以后，就需要著手做一些準(zhǔn)備工作，它們是：對結(jié)構(gòu)在使用中可能發(fā)生的各種行為進(jìn)行預(yù)測，對結(jié)構(gòu)在力學(xué)物理環(huán)境下出現(xiàn)的各種反應(yīng)進(jìn)行預(yù)估，以確定結(jié)構(gòu)中需要實現(xiàn)智能化監(jiān)控的部位，確定整體監(jiān)控方案。