作为承重结构的关键元件，H型钢的健康状况直接关系到建筑安全。然而，在长期暴露于高温、潮湿及腐蚀性介质的复杂工业环境中，传统监测手段往往面临传感器易受干扰、测量误差大以及难以触及复杂结构表面等挑战。特别是在斜支撑加固的H型钢梁领域，此前尚缺乏有效的实时监测方案。
近日，长江科学院联合湖北工程学院、江西理工大学的研究团队在《Scientific Reports》期刊发表研究成果，提出了一种基于压电陶瓷传感器的新型健康监测方法。该研究针对斜支撑H型钢结构，通过不同工况下的荷载试验，结合ABAQUS有限元分析，验证了利用压电信号幅值与能量指数监测应力状态的有效性。
实验核心采用了锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷材料，将其粘贴于H型钢腹板特定位置。研究团队对比了两种典型工况：一是腹板高度固定、载荷变化；二是载荷固定、腹板高度变化。测试数据显示，随着腹板高度或载荷的增加，H型钢的时域波形能量指数呈现显著增长趋势。具体而言，当腹板高度为10厘米且压力小于10 N/mm²时，压力每增加1 N/mm²，能量指数约增加15.98%；当压力处于10至15 N/mm²区间时，该增幅约为1%；此外，腹板高度每增加1厘米，能量指数约提升8.4%。
这一发现揭示了压电传感器感应位置的应力应变与外界压力及结构几何尺寸之间的强相关性。通过时域分析方法，该技术能够灵敏捕捉信号在结构中的传播变化，为斜支撑H型钢结构提供了从“被动检查”转向“主动预警”的技术可能，对于实现预测性维护、优化结构性能及提升能源效率具有重要工程价值。
对于中国庞大的基础设施建设与存量建筑改造市场而言，这种低成本、高灵敏度的无损监测技术值得重点关注，特别是在桥梁、高层钢结构等复杂工况下的安全评估中，有望成为提升运维效率的关键技术补充。
