土木工程智能材料结构系统分析

【摘要】智能材料结构系统是指以智能材料为主导材料,具有仿生命的感觉和自我调节功能的结构系统。这里所说的智能材料是某些具有特殊功能的材料、如电流变材料、磁流变材料、光纤材料、压电材料、磁致伸缩材料和记忆合金等。当把这些智能材料按其特殊功能以某种方式融合到结构基体材料之中或与结构构件相结合时,它就会发挥自己的传感和驱动功能来实现结构的感觉和自我调节功能。而在土木工程中，由于工程的稳定性以及安全性等诸多要求，因此对智能材料结构系统的需求也更为巨大。本文将对土木工程中的智能材料结构系统进行分析。

【关键词】土木工程；智能材料；结构系统

在土木工程中，智能材料可以分为两类，一类是对内部或者外部的刺激感应具有感知性能的材料,称为感知材料。另一类是能够对外部条件或在内部发生变化时做出反应的材料,称为驱动材料。而在土木工程中，系统集合、驱动器、传感器和控制器是四个主要技术材料系统。考虑到土木工程的特殊性，智能材料结构系统在土木工程中主要在具有自诊断和自适应功能的机敏混凝土结构和具有感觉和自我调节功能的减震结构。通过这两种结构的运用，智能材料结构系统能够实现在土木工程中的良好运用。

1具有自诊断和自适应功能的机敏混凝土结构

1.1自诊断功能。在土木工程中，混凝土结构支撑起了其自身发展的桥梁。在现代智能材料结构系统的作用下，通常在混凝土中混入光导纤维材料，如此一来，混凝土材料在实际的作用中，能够结合光导纤维的作用，实现办公通讯中的智能化。且在土木工程的建设中，由于光导纤维与混凝土结构的结合，大大节省了建筑空间，使得人们在办公的同时实现数据资源的共享。同时，还可以通过光导纤维连接空调以及火警传感器，通过在混凝土结构中加入光导纤维控制器，同时引入碳纤维，碳纤维会通过压力的叠加诱导电阻产生变化，从而实现光导纤维控制器的触发，使得火警以及空调装置能够平稳运行。这就反映出了机敏混凝土结构的自诊断性。通过碳纤维感知压力的变化，进而控制电阻产生相应变化，从而促进相关装置的触发，有效地保证了人类工作的正常进行。1.2自适应功能。在土木工程的混凝土工作的过程中，往往会因为压力过大而产生断裂，为了解决这一问题，可以利用智能材料结构系统，在混凝土中注入缩聚高分子溶液的玻璃空心纤维，如此一来，在混凝土承受巨大压力断裂时，这些玻璃空心纤维可以实现自主性断裂，从而使得高分子溶液融入到混凝土的裂缝中来，有效地保证了混凝土材料的坚韧性。通过这一玻璃空心纤维的作用，可以有效地延长混凝土结构的使用寿命，体现出了机敏混凝土结构的自适应功能。利用机敏混凝土材料的自适应功能，可以实现土木工程中重大项目的合理运用。例如，在进行桥梁建设时，可以利用机敏混凝土材料的自适应功能，提升桥梁的稳定性，从而有效地延长桥梁的使用寿命，有利于土木工程项目的整体性建设。

2具有感觉和自我调节功能的减震结构

2.1感觉功能。在土木工程的建设中，减震结构是决定土木工程建设项目实施效果的关键，因此，在智能材料结构系统中，通过对减震结构进行合理性的设计和规划，能够保证土木工程建设的稳定性，从而促进土木工程项目的合理性展开。在减震结构中，最具有代表性的便是形状记忆合金。形状记忆合金作为一种优异的材料，其可以通过温度的变化改变自身的形状，并且在温度回复的过程中，形状记忆合金的形状也会回到初始位置，这一过程称作热弹性马氏体相变。通过热弹性马氏体相变的过程，形状记忆合金保证了其自身的形状记忆功能，并且具有超强的弹性恢复能力。利用形状记忆合金这一超强的弹性恢复能力，其通常被应用于诸多结构的裂缝自诊断系统。形状记忆合金在恢复形状的过程中会产生相当大的拉力，从而促使材料进行自身修复。如此一来，通过形状记忆合金的弹性恢复功能，土木工程建设中实现了对相关材料的保护。这也体现除了土木工程中智能材料结构系统的感觉功能。即通过感知形状的变化，从而进行自主性修复，保证了材料作用的稳定性。2.2自我调节功能。在土木工程的项目建设中，通常运用到减震结构的自我调节功能，通过这一功能，可以有效地实现减震结构自身的优良性能，有利于减震结构的整体性发展。例如，可以作用压电材料制作传感器以及驱动元件，通过材料中正负电荷的变化，可以实现材料自身的自我调节。而传感器通过把压力以及电阻相结合，通过感知压力的变化来控制电阻，从而实现元件的正常工作。如此一来，通过材料的自我调节，有效地实现了智能材料结构系统在土木工程中的优良性能，同时通过这些不同材料的相互作用，可以实现土木工程建设项目的稳定性以及完整性。通过这些智能材料结构系统优异的性能保证，可以结合出不同用途的材料，在投入生产的过程中，通过这些材料的不同属性，可以实现土木工程项目的合理性开展。

3结束语

土木工程建设是一个极其需要创新的过程，通过智能材料结构系统的运用，土木工程能够利用现有的材料，使得他们换发出更多的生机和活力。通过具有自诊断和自适应功能的机敏混凝土结构，可以实现相关材料的稳定性，同时通过混凝土结构的自诊断功能，可以实现对火警报警系统以及空调设备等的使用。而通过自适应功能，可以结合混凝土结构中的玻璃空心材料，在混凝土结构发生断裂时，玻璃空心材料可以自动注入，有效地延长了混凝土结构的使用寿命。通过具有感觉和自我调节功能的减震结构，可以实现形状记忆合金的感觉功能与相关结构的结合，从而提升项目整体建设的稳定性。同时通过压电材料的自我调节功能，可以实现减震结构的合理性运用。如此一来，通过混凝土结构以及减震结构的运用，智能材料结构系统可以实现在土木工程中的合理性运用，同时智能材料结构系统也保证了土木工程建设的稳定性，通过这些不同用途材料的相互结合，可以实现不同功能的汇总，从而保证结构作用的全面性。

参考文献

[1]孟代江.智能材料结构系统在工程设备中的应用[J].中国设备工程,2017(1):140-141.

[2]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.

作者:李嘉兴 单位:西安思源学院城市建设学院