過高的應力和應變會對基礎設施結構造成不可逆的損害。本文將為您解析如何通過監測這兩項關鍵參數，為重要結構提供安全保障。
目前全球各地，道路、橋梁、建筑等基礎設施正面臨日益嚴重的老化問題。日積月累的損耗會導致結構性能退化，直接影響安全與功能性。結構健康監測(SHM)作為基礎設施運維的核心手段，通過持續追蹤應力和應變數據，能夠發現傳統人工檢查難以捕捉的隱患，從而在問題升級前采取干預措施。
「 應力的定義 」
工程領域中的應力
是指材料單位面積承受的內力
由外部載荷、壓力或溫度變化引發
常用單位為帕斯卡(Pa)
或磅每平方英寸(psi)
根據作用方式可分為五類
拉伸應力
材料受拉長作用
壓縮應力
材料受擠壓作用
剪切應力
導致材料層間滑移或撕裂
扭轉應力
材料受扭轉變形
彎曲應力
多向力作用下材料發生彎曲
示意圖如下：
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應力計算公式
「 應變的定義 」
應變表征材料受力后的形變程度
為無量綱量
計算公式為形變量與原始長度的比值
根據材料恢復能力
分為彈性應變(可逆)
與塑性應變(不可逆)
應變計算公式
「 監測應力和應變的意義 」
通過實時監測應力和應變
工程師可精準評估
橋梁、大壩、高層建筑等結構的健康狀況
例如，分析結構在
交通荷載、強風或地震中的響應數據
可提前識別
裂紋擴展、構件偏移或材料疲勞等問題
應變數據尤其能反映結構內部變化
結合材料的應力-應變曲線
(如鋼材與混凝土的典型曲線)
可判斷材料是否處于彈性區間
或已發生塑性變形
例如，某區域應變持續累積后驟降
通常表明裂紋已形成并釋放局部應力
(見下圖)
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「 常用應變測量技術 」
結構健康監測中
主流傳感器類型包括：
箔式應變片
將導電金屬箔貼合于結構表面，通過電阻變化反映局部形變，適用于精準測量小范圍應變。
振弦式應變計
通過檢測張緊金屬絲頻率變化計算應變，耐候性強，常用于大壩、隧道等惡劣環境下的長期監測。
光纖應變傳感器
利用光纖布拉格光柵(FBG)技術，通過光信號變化捕捉應變，抗電磁干擾且適用于分布式測量。
數據分析要點
傳感器采集的原始數據
需結合工程經驗進行解讀
重點關注：
彈性與塑性形變界限
判斷結構損傷是否可修復
裂紋擴展趨勢
局部應變突增區域
可能預示結構失效風險
超負荷預警
應力值突破設計閾值時
需啟動應急預案
通過SCADA系統或數據采集器
可實現自動化監測與實時預警
大幅提升響應效率
應力和應變監測是結構健康管理的基石
借助應變片、光纖傳感器等技術手段，結合智能化分析平臺，可顯著延長基礎設施壽命，確保其在復雜環境下的安全運行
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