【摘 要】21世紀(jì)出現(xiàn)一種新型材料，即所謂的智能材料，這種材料的思路主要源于仿生學(xué)，代表著現(xiàn)代高科技技術(shù)材料的發(fā)展方向。這種材料主要應(yīng)用于土木工程上，本篇論文主要是對(duì)此類材料的概念和特點(diǎn)以及在土木工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，了解它的發(fā)展前景，并推動(dòng)在國內(nèi)土木工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智能材料 概念 應(yīng)用 總結(jié)

為了滿足人類的生活需要，便由此產(chǎn)生了建筑，原始人類利用天然材料勾成遮風(fēng)避雨的空間，以往傳統(tǒng)的建筑大都是利用提升構(gòu)造材料，通過合理的形式，今兒達(dá)到滿足人們需求的目的。但是，隨著社會(huì)的進(jìn)步，這些方法逐步開始不能滿足人們的需求，人類對(duì)于這種結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的災(zāi)禍預(yù)測也不能完全掌握。

20世紀(jì)70年代，美國弗吉尼亞理工學(xué)院及州立大學(xué)中等人將光導(dǎo)纖維導(dǎo)入復(fù)合材料中，使這種材料具備兩種能力，一種是感知應(yīng)力，一種是斷裂損傷的能力，這就是所謂的智能材料的第一次試驗(yàn)。自85年開始，智能材料被世界各國的研究者開始重視，先后提出了多種結(jié)構(gòu)名稱，而這些名稱都包含了“智能”的特性。

一、智能材料的定義和特點(diǎn)

（一）智能材料的定義。迄今為止，智能材料并沒有一個(gè)明確的定義，但是對(duì)于這種材料，它的定義大多是大同小異的，大體的分析，所謂智能材料就是指的是可以感知內(nèi)外環(huán)境的刺激，并且對(duì)這種刺激進(jìn)行分析、處理、判斷，并且能夠采取一定的措施來進(jìn)行適度的適應(yīng)和調(diào)整，這種材料是第四代材料，前三代材料分別是天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料。

（二）智能材料的特點(diǎn)。智能材料的應(yīng)用將會(huì)導(dǎo)致科學(xué)發(fā)展的重大革命，一般來講，智能材料具備七種功能，即所謂的傳感、反饋、信息識(shí)別、積累、響應(yīng)、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)的能力。智能材料還具備多種內(nèi)涵：1.感知功能，這種能力能夠檢測到并且可以識(shí)別外界的刺激強(qiáng)度，像光、熱等等。2.驅(qū)動(dòng)功能，這種能力可以影響外界的變化。3.反應(yīng)比較及時(shí)、恰當(dāng)，也比較靈敏。4.如果受到外部的刺激，可以迅速恢復(fù)原狀。5.能夠通過已經(jīng)設(shè)定的方式來控制和選擇。

二、智能材料的土木工程現(xiàn)狀

為了能夠更好的解決評(píng)估結(jié)構(gòu)的力度和安全性以及持久性這些問題，智能的土木結(jié)構(gòu)漸漸開始逐漸被重視和應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)可以對(duì)建筑物進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測，不僅能夠降低維修的費(fèi)用，同時(shí)還能加強(qiáng)評(píng)估的能力。

現(xiàn)如今的監(jiān)測技術(shù)對(duì)土木工程不能進(jìn)行有效的監(jiān)督，這就導(dǎo)致了對(duì)損壞情況不能進(jìn)行正確的評(píng)估，這些方法都有著致命的弱點(diǎn)，也就是將預(yù)測的點(diǎn)從外面向內(nèi)部來延伸，這樣會(huì)滲入不同的數(shù)據(jù)信息，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤和混淆。倘若如此，就會(huì)失去監(jiān)測的意義，效率也會(huì)下降，甚至還會(huì)因此完全錯(cuò)誤的結(jié)果。

而智能材料則恰到好處的解決了這個(gè)麻煩，它在土木結(jié)構(gòu)中安裝了傳感器，構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還有效的監(jiān)控土木結(jié)構(gòu)的性能，這便是這種材料的有效應(yīng)用。例如在現(xiàn)代的高層建筑、橋梁、發(fā)電站等工程中，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。近年來，這種多功能的傳感器被應(yīng)用于公共建筑中，也就是說我國的智能大廈出現(xiàn)了迅速的增長趨勢。

尤其是在發(fā)達(dá)國家，應(yīng)用智能材料較多的是橋梁監(jiān)測，主要是用于檢測橋梁的安全性能，美國80年代中后期，在土木工程上安裝的傳感器用于監(jiān)測工程的質(zhì)量，例如在弗羅里達(dá)州的陽光天橋上為了監(jiān)控結(jié)構(gòu)性能，安裝了數(shù)百個(gè)傳感器。而英國在80年代的中后期，為了深入研究和改善土木工程，也安裝了橋梁的監(jiān)視器設(shè)備。

在中國，香港的青馬大橋、虎門橋、江陰長江大橋也是一樣，安裝了這種監(jiān)視器設(shè)備。

三、智能材料的工程應(yīng)用分析

（一）智能材料的分類。智能材料主要分為兩大類，一類是受到外界的刺激強(qiáng)度，例如力、聲、光熱等具有感知功能的材料，也就是所謂的感知材料。這類材料主要有光導(dǎo)纖維、壓電材料等各種各樣的傳感類材料。另外一種則是可以在外部條件發(fā)生變化的時(shí)候做出相應(yīng)的材料，也就是所謂的驅(qū)動(dòng)材料，例如形狀記憶合金、電流變體等等。

（二）工程應(yīng)用的分析。智能材料按照功能特性來劃分的話分為傳感器、控制器、驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)集合四個(gè)部分。這種材料的系統(tǒng)在安全檢測、根基等多方面獲得了顯著的效果，在研究土木結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用中也凸顯了優(yōu)越的性能。

大型混凝土結(jié)構(gòu)的安全檢測是研究的重點(diǎn)，現(xiàn)如今，在鋼筋混凝土中置入光導(dǎo)纖維并用于通訊，監(jiān)測替代傳統(tǒng)的導(dǎo)線，這樣實(shí)現(xiàn)了建筑的自動(dòng)化等等。在土木結(jié)構(gòu)工程中置入傳感器，能夠判斷出根基是否被破壞。如果將碳纖維材料置入水泥的熔漿之中，如果纖維的劑量和設(shè)備工藝要調(diào)節(jié)，那么電阻變硬的特性會(huì)隨著壓力的變化而變化，也就是所謂的回應(yīng)力敏感，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如果損壞或者接近損壞便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這便是混凝土結(jié)構(gòu)中的自我診斷的性能。

這種性能可以在水壩、橋梁這些重要工程中進(jìn)行結(jié)構(gòu)的檢測和傷害的評(píng)估。橋梁是承受負(fù)荷的一種結(jié)構(gòu)，也就是說，在研究的時(shí)候，要將負(fù)荷和強(qiáng)度一起，并且還需要通過檢測器來指導(dǎo)維修，這樣可以減少診斷維護(hù)和維修費(fèi)用。橋梁的承受能力主要是看橋面和拱璧之間有幾個(gè)傳感器，這樣在橋梁使用的時(shí)候就會(huì)發(fā)生變化，從而造成光敏管的變化，從而獲得承受能力的信息。

總而言之，智能材料在土木工程中有著重要的應(yīng)用，起著舉足輕重的作用，這是材料科學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展重要階段的材料革命，因此高科技材料在土木工程領(lǐng)域的研究發(fā)展有著重要的意義和非常深遠(yuǎn)的影響，我們需要吸收西方國家的現(xiàn)金技術(shù)，提高我國對(duì)智能材料的應(yīng)用，建立健全的管理機(jī)制，從而更好的發(fā)展。

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作者簡介：

王洪磊，男，1982 - ，本科學(xué)歷，新泰市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，助理工程師，從事建筑類研究。

楊學(xué)玲，女，1972 - ，本科學(xué)歷，新泰市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，助理工程師，從事建筑類研究。