技术应用：结构健康监测系统对地震后建筑评估

2025年3月28日14时20分，缅甸发生7.9级地震，震源深度30km，此次地震造成了严重人员伤亡和大量建筑损毁。

截至4月3日，地震造成全国21783栋住宅、805栋办公楼、1041栋学校建筑、1690 座佛塔和48所医院损毁。

地震灾害一定意义上也是“土木工程灾害”。

强烈的地面震动导致的建筑物、桥梁和其它人造结构的损坏或倒塌是地震中威胁人类生命安全和造成财产损失的主要原因。

降低该损失的关键技术之一是记录结构对地震动的响应，即在建筑物上布设一定数量的地震反应观测台阵（简称建筑结构台阵），详细研究土木工程结构破坏的过程并给出有效的解决方案。

建筑结构台阵是目前了解和掌握工程结构在强地震作用下反应性状的最直接手段之一，其主要任务是获取结构在地震作用下振动反应的第一手资料——结构强震记录，供抗震设计、震害评估和健康诊断、震后加固与重建、地震报警、烈度速报等多项相关研究使用。

建筑结构台阵能够实时监控建筑的状态，值的注意的是“监测”和“检测”是不一样的，检测就像人感到不舒服，去医院接受一系列检查；而监测就类似于戴一套设备在身上，随时随地监测身体状况，得到实时的数据。

这样建筑只要一出现问题，数据里面就能立刻反馈出来。

建筑结构台阵主要是由一批强震仪组成，再加上应变、位移、倾斜、沉降、环境等多种传感器组成了一整套的结构健康监测系统（SHM）。

此次缅甸地震造成了数千人伤亡和大量建筑物倒塌。连1000多公里以外的曼谷也受到波及，在曼谷有很多建筑物用肉眼观察到损伤，但是这些结构损伤是导致建筑物即时的危险？还是结构上依然安全可以继续使用？

如果在地震前，这些建筑物能够配备SHM系统，情况可能会大不相同。

通过实时监测建筑物的动态响应，SHM系统可以提前发现结构中的潜在问题，并在地震发生时提供实时数据支持，帮助救援人员快速评估建筑物的安全性，减少人员伤亡。

地震的破坏性不可避免，但我们可以通过技术手段将损失降到最低。

GeoSIG公司的SHM系统不仅能够在灾难发生前提供预警，还能在灾后快速评估建筑物的安全性，为救援和重建工作提供科学依据。

- 地震后，GeoSIG的SHM系统会通过高精度传感器采集建筑物的动态响应和结构变形数据。传感器安装在关键位置，如梁柱连接处或结构薄弱区域。

- 系统记录的数据可用于分析建筑物的当前状态，帮助发现潜在的结构损伤。

- SHM系统使用模态分析技术，通过评估建筑物的自然频率、模态形状和阻尼变化，确定是否存在结构性的变化或损坏。

- 模态参数的显著变化通常表明结构受损或性能下降。

- GeoSIG的SHM系统还可以利用传感器数据和高级算法识别具体的损伤位置和程度。

- 例如，通过比较地震前后的动态响应数据，可以确定裂缝、变形或材料退化的具体区域。

- 通过实时监测和分析，GeoSIG的SHM系统可以为受损建筑物提供快速的安全性评估。系统将生成详细的报告，包括建筑物的受损程度、需要修复的区域，以及是否适合继续使用。

- 地震后，GeoSIG的SHM系统提供的数据可以帮助工程师和救援人员快速评估建筑物的安全性，确保救援行动的安全性和高效性，同时为后续的重建提供科学依据。

模态分析是一种结构动力学的基本技术，用于确定结构或机械系统的振动特性。

通过模态分析，可以识别结构的自然振动模式，包括自然频率、模态振型和阻尼特性。

每一种模态代表了结构在动态力作用下的特定振动方式，例如地震活动。

每个结构都有其自然频率，即在受到扰动后自由振动的频率。这些频率取决于结构的质量和刚度分布。

对于每个自然频率，都有相应的模态形状，它描述了结构在振动过程中变形或位移的模式。每个模态形状都是独特且独立的。

结构在振动过程中由于材料性质、连接点等原因会消耗能量。阻尼可以减少振动的幅度。

模态分析则专注于研究结构的固有振动特性。任何结构都具有其特定的自然频率、振型和阻尼比，这些参数被称为结构的模态参数。模态分析的主要任务就是通过理论计算或实验测量的方法，确定结构的模态参数。

通过安装在建筑结构台阵中的强震仪测量得到的加速度数值，不仅可以计算以上模态分析中的自然频率、振型和阻尼比，还可以计算出平移、扭转、层间位移角等结构性能参数。

建筑结构的可靠性问题不仅仅存在于正常使用阶段，也普遍存在于建筑结构的整个生命周期，即设计→施工→维护→拆卸→再利用各个环节。

因此，需要从结构全寿命的角度考虑结构的安全性、适用性、耐久性，改变长期以来人们重设计轻维护的思想，有利于结构可靠性的提高。

对于建筑结构，其运动方向主要为X轴平移、Y轴平移和X-Y扭转。

在监测过程中，主要采用单轴/双轴/三轴加速度传感器，配合布线及数据采集系统，对建筑结构的平移、扭转、层间位移及反应谱等参数进行监测。

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通过这些功能，GeoSIG的SHM系统可以在灾后为建筑物的结构健康评估提供全面支持。它的实时监测和精准分析能力不仅可以减少人员伤亡，还可以显著降低后续的修复成本。

我们呼吁公众和相关机构关注SHM技术，并积极采用这一先进的解决方案，为建筑物的安全保驾护航。让我们共同努力，减少地震等自然灾害对人类的威胁，守护我们的家园。

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