【正文】 適用范、用途及適用范 圍圍三、 結(jié) 構(gòu) (ji233。u)健康 監(jiān)測 系統(tǒng)組 成 二、 結(jié) 構(gòu)健康 (ji224。一、一、 結(jié)結(jié) 構(gòu)健康構(gòu)健康 監(jiān)測監(jiān)測 (jiān c232。 近年來，自然災(zāi)害 對重要 結(jié) 構(gòu)的 損傷 和破壞屢 見 不 鮮 ，引起人 們 的密切關(guān)注。當(dāng)大型 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生突 發(fā) 性 損傷時 ，如果能 夠 及 時 做出判斷和警 報 ，采取 應(yīng) 急 處 理措施，可以防止 損傷進(jìn) 一步 發(fā) 展和引 發(fā) 其它事故； 對 于長 期在役的重要 結(jié) 構(gòu)，如果能 夠 定期 對 其累 積損傷 的程度做出正確 評 估，就可以充分掌握 結(jié) 構(gòu)的工作狀 態(tài) ，確保 結(jié) 構(gòu)的安全。ijǐng)下， 結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測應(yīng) 運(yùn)而生，并成 為 土木工程學(xué)科 發(fā) 展的一個重要 領(lǐng) 域。二、二、 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) (ji233。u)健康健康 監(jiān)測監(jiān)測 概念概念 專業(yè) 一點(diǎn)的解 釋 ： 結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 (Structure Health Monitoring， 簡 稱 SHM)涉及到通 過 分析定期采集的 結(jié) 構(gòu)布置的 傳感器 陣 列的 動 力響 應(yīng) 數(shù)據(jù)來 觀 察體系隨 時間 推移 產(chǎn) 生的 變 化， 損傷 敏感特征 值 的提取并通 過 數(shù)據(jù)分析來確定 結(jié) 構(gòu)的健康狀 態(tài) 。通俗一點(diǎn)的解 釋 ： 結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 是通 過對結(jié) 構(gòu)的物理力學(xué)性能 進(jìn) 行無 損監(jiān)測 ， 實(shí)時監(jiān) 控 結(jié) 構(gòu)的整體行 為 ， 對結(jié)構(gòu)的 損傷 位置和程度 進(jìn) 行 診 斷， 對結(jié) 構(gòu)的服役情況、可靠性、耐久性和承 載 能力 進(jìn) 行智能 評 估， 為結(jié) 構(gòu)在突 發(fā) 事件下或 結(jié) 構(gòu)使用狀況 嚴(yán) 重異常 時 觸 發(fā)預(yù) 警信號， 為結(jié) 構(gòu)的 維 修、養(yǎng) 護(hù) 與管理決策提供依據(jù)和指 導(dǎo) 。其基本思想是通 過測 量 結(jié) 構(gòu)在超常荷 載 前后的響 應(yīng) 來推斷 結(jié) 構(gòu)特性的 變 化， 進(jìn) 而探 測 (t224。)和 評 價 結(jié) 構(gòu)的 損傷；或者通 過 持 續(xù)監(jiān)測 來 發(fā)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的 長 期退化。 ”結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 可適用于所有種 類 的結(jié) 構(gòu)。 這些信息可以 為結(jié) 構(gòu)的安全 評 估提供重要參考，也可以用于 結(jié) 構(gòu)的 維護(hù) 以及其剩余壽命的 評 估。三、三、 結(jié)結(jié) 構(gòu)健康構(gòu)健康 (ji224。 這 四個子系 統(tǒng) 是 : （ 1） 傳 感器系 統(tǒng) :包括加速度 計 、風(fēng) 速 風(fēng) 向 儀 、位移 計 、溫度 計 、 應(yīng)變計 、信號放大 處 理器及 連 接介面等，并將待 測 物理量 轉(zhuǎn)變?yōu)殡?信號； （ 2）信息采集與 處 理系 統(tǒng) :包括信號采集器及相 應(yīng) 的數(shù)據(jù) (sh249。)存 儲設(shè)備 等。j249。將采集并 處 理 過 的數(shù)據(jù) 傳輸 到 監(jiān) 控中心； （ 4）信息分析和 監(jiān) 控系 統(tǒng) :包括高性能 計 算機(jī)及分析 軟 件。 第十六 頁 ，共六十一 頁 。nkāng)監(jiān)測監(jiān)測 的的 應(yīng)應(yīng) 用用 隨著健康 監(jiān)測 技 術(shù) 的 發(fā) 展，越來越多的 橋 梁和大型 結(jié) 構(gòu)使用了健康 監(jiān)測 系 統(tǒng) ， 對橋 梁的安全運(yùn)行起到了重要作用。 監(jiān)測項(xiàng) 目包括作用于 橋 梁上的外部作用及 橋 梁的響 應(yīng) ，具體可分 為風(fēng) 、地震、溫度、 車輛載 荷、 結(jié) 構(gòu)位移、 標(biāo) 高、 應(yīng)變 、 應(yīng) 力及 結(jié) 構(gòu) 動 力特性等。nɡ jiānɡ)公路大 橋結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 系 統(tǒng)南京 長 江第三大 橋結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 系 統(tǒng)濱 州黃河公路大 橋結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 系 統(tǒng)東營 黃河公路大 橋結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 系 統(tǒng)…… 這 些 經(jīng) 典工程 實(shí) 例。五、大跨度五、大跨度 結(jié)結(jié) 構(gòu)的健康構(gòu)的健康 (ji224。鑒 于大跨度 結(jié) 構(gòu)的特點(diǎn)， 風(fēng)環(huán) 境 級結(jié) 構(gòu)表面 風(fēng)壓 是大跨度 結(jié) 構(gòu)外部荷 載 作用 監(jiān)測 的重點(diǎn)，而 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 力 監(jiān)測 包含 鋼結(jié) 構(gòu)表面 應(yīng) 力、索拉力、膜面 應(yīng) 力等。tǒng)包括 傳 感器系 統(tǒng) (x236。tǒng)、 結(jié) 構(gòu) 實(shí)時 分析與 預(yù) 警系 統(tǒng)(x236。第十八 頁 ，共六十一 頁 。 mian)有 請 彭康佑同學(xué) 為 大家 帶 來第三部分第十九 頁 ，共六十一 頁 。l249。nyu225。)介 紹03大跨度空 間結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 從 設(shè)計到數(shù)據(jù)分析的 過程與 實(shí) 例展示04現(xiàn) 主流 監(jiān)測 系 統(tǒng)介 紹 及 發(fā) 展 過 程介 紹 與未來展望第二十 頁 ，共六十一 頁 。nkāng)監(jiān)測 從 設(shè)計到數(shù)據(jù)分析的 過程與 實(shí) 例展示一、大跨度空 間結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 概述二、 結(jié) 構(gòu) (ji233。u)監(jiān)測 方案的 設(shè)計 和數(shù)據(jù)分析 過 程（以西寧海湖體育中心體育 館 例來 說 明）三、新的技 術(shù) 與研究：基于物 聯(lián) 網(wǎng)與云 計 算技術(shù) 的 鋼結(jié) 構(gòu)健康 檢測 系 統(tǒng)大跨度 (ku224。)空 間結(jié) 構(gòu)健康 監(jiān)測 從設(shè)計 到數(shù)據(jù)分析的 過 程與 實(shí) 例展示第二十一 頁 ，共六十一 頁 。nji224。)系 統(tǒng) 的構(gòu)成 結(jié) 構(gòu)的 監(jiān)測 (jiān c232。 結(jié) 構(gòu) (ji233。u)的 監(jiān)測方式 監(jiān)測 (jiān c232。 這 種方法 簡單 ,成本低。 (2)自 動監(jiān)測 :采用各 類傳 感器及數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)對結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行在 線實(shí)時監(jiān)測 ,這 種方法適用于 對 大型重要的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 監(jiān)測 ,自 動 化程度高 ,準(zhǔn)確性高 ,但成本 較 大。nh233。 這種方法適用于一般常 規(guī) 的 結(jié) 構(gòu) ,是目前比 較 常用的一種 監(jiān)測 方法。包括相 對 位移和 絕對 位移 ,動態(tài) 位移和靜 態(tài) 位移。如 結(jié) 構(gòu)桿件和 結(jié) 構(gòu)拉索的拉力等。包括靜 動應(yīng)變 和靜 動燒度等。包括加速度、速度等。如 鋼 材 銹燭 、混凝土堿集料反 應(yīng) 等。如氣 蝕 、裂 縫 、磨 損 及剝落等。如溫度、 風(fēng) 速、地震等。常 規(guī) (ch225。nkāng)監(jiān)測 系 統(tǒng) 的構(gòu)成(1)位移。 (2)內(nèi)力。 (3)變 形。 (4)動 力 (d242。)參數(shù)。 (5)外 觀 或完整率。 (6)環(huán) 境。第二十四 頁 ，共六十一 頁 。 傳 感器作為監(jiān)測 系 統(tǒng) 的基本 組 成部分 ,在整個系 統(tǒng) 中起著 舉 足 輕 重的作用。iy237。 傳 感器主要是將待 測 的物理量 轉(zhuǎn)變?yōu)殡?信號或光信號。 傳傳 感器元件感器元件 (yu225。n)簡簡 介：介：傳 感器是指能感受 規(guī) 定的被 測 量并按照 (224。o)一定 規(guī) 律 轉(zhuǎn)換 成可用 輸 出信號的器件或裝置。 電 阻 應(yīng)變計 主要由敏感 柵 、覆蓋 層 、基底及引出線 所 組 成 ,敏感 柵 用粘合 劑 粘在基底和覆蓋 層 之 間 。 電 阻 應(yīng)變計 是一種高精度的用途廣泛的 傳 感元件 ,它最基本的任 務(wù) 就是把 結(jié) 構(gòu)構(gòu)件表面的微 變 形量 轉(zhuǎn)變 成 為電 信號 ,進(jìn) 而通 過電纜輸 入到相關(guān)的 儀 器 儀 表中 進(jìn) 行 計 算分析。敏感 柵 是 電 阻 應(yīng)變計 的最主要 組 成部分 ,其可以看成 為 一根 電 阻 絲 ,結(jié) 構(gòu)幾何形狀和材料性能的改 變 會引起 柵絲 的阻 值變化。 傳傳 感器元件感器元件 (yu225。n)簡簡 介：介：（ 2）光 纖 Bragg光 柵 (FBG)傳 感器光 纖 Bragg光 柵 (FBG)傳 感器得到迅速 發(fā) 展 ,廣泛 應(yīng) 用于各種 環(huán) 境條件下的 傳 感 測 量 ,特 別 是在土木工程 領(lǐng) 域中光 纖 光 柵傳 感器的 應(yīng) 用已成 為熱 點(diǎn)。y242。光 纖 光 柵傳 感器特點(diǎn)：光 纖 光 柵傳 感器主要有以下一些主要 優(yōu) 點(diǎn) :。 ,易掩埋，可以很容易埋入 結(jié) 構(gòu)中而 對結(jié) 構(gòu)沒有影響 。 長 。鋼鋼 弦弦 應(yīng)變傳應(yīng)變傳 感器的工作原理感器的工作原理 為為 :它是把構(gòu)件表面或內(nèi)部的它是把構(gòu)件表面或內(nèi)部的應(yīng)變轉(zhuǎn)應(yīng)變轉(zhuǎn) 化化 為鋼為鋼 弦的工作弦的工作 頻頻 率率 變變 化而化而 進(jìn)進(jìn) 行行 測測 量的。有兩個支點(diǎn)固定點(diǎn)固定 鋼鋼 弦弦 ,在在 電電 流流通流流通 過電過電 磁磁 線線 圈所圈所 產(chǎn)產(chǎn) 生的短脈沖作用下生的短脈沖作用下 ,沿沿磁磁 場場 方向方向 發(fā)發(fā) 生振生振 動動 。當(dāng)支點(diǎn) 間間 的距離的距離 (j249。)發(fā)發(fā) 生改生改 變時變時 ,鋼鋼 弦的弦的張張 力與振力與振 動頻動頻 率也隨之率也隨之 變變 化。 鋼鋼 弦弦 應(yīng)變計應(yīng)變計 所承受的所承受的 軸軸 向向 應(yīng)變應(yīng)變 與與 鋼鋼 弦弦 頻頻率率 變變 化的平方成正比。 頻頻 率信號率信號 經(jīng)電纜傳輸經(jīng)電纜傳輸 至至 讀讀 數(shù)裝置數(shù)裝置 ,即可即可 測測 出被出被 測測結(jié)結(jié) 構(gòu)物內(nèi)部的構(gòu)物內(nèi)部的 應(yīng)變應(yīng)變 量。鋼 弦 應(yīng)變傳 感器主要有以下 優(yōu) 點(diǎn)a、 結(jié) 構(gòu) 簡單 可靠 ,安裝方便b、零點(diǎn) (l237。靜力水準(zhǔn) 儀 是一種高精密液位 測 量系 統(tǒng) ,該 系 統(tǒng) 適用于 測 量多點(diǎn)的相 對 沉降。 zi)位置隨液位的 變 化而同步 變 化 ,由此可測 出各 測 點(diǎn)的液位 變 化量。靜力水準(zhǔn) 儀 有多種 類 型 ,包括 :振弦式 ,電 阻式 ,液位式等等。二、二、 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) (ji233。u)監(jiān)測監(jiān)測 方案的方案的 設(shè)計設(shè)計 和數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)分析 過過 程（以西寧海湖體育中心體育程（以西寧海湖體育中心體育 館館 例來例來說說 明）明）（一）基本內(nèi)容方案 設(shè)計 原 則（ 1）在確定 監(jiān)測 方法 時 ,要根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、?質(zhì) 及 監(jiān)測環(huán) 境 ,選擇 適當(dāng)?shù)?監(jiān)測 方法 ,盡量采用 聯(lián) 合 監(jiān)測 方法 ,經(jīng)濟(jì)實(shí) 用。 應(yīng) 根據(jù) 監(jiān)測 內(nèi)容所需要的精度、可靠度、牢固程度等要求 統(tǒng) 籌 (tǒngch243。通常精度 較 高的 儀 器適于 監(jiān)測變 形量 較 小的 結(jié) 構(gòu) 。（ 3） 測 點(diǎn)的布 設(shè) 理 論 上要在 結(jié) 構(gòu)的每個桿件布置 測 點(diǎn) ,才能得到 結(jié) 構(gòu)比 較 完整的受力狀 態(tài) ,但是 這樣 是不 經(jīng)濟(jì) 的 ,大部分部位的內(nèi)力 變 化 較 小 ,對結(jié) 構(gòu)的影響 較 小 ,故沒必要全面的布置 測 點(diǎn)。（ 4）根據(jù) 實(shí)際 情況 ,定制幾套不同的 監(jiān)測 方案 ,有條件的 話 同一 測 點(diǎn)可用不同的 監(jiān)測 方法 進(jìn) 行校 對 。 監(jiān)測 內(nèi)容體育 館 的施工 階 段 監(jiān)測 內(nèi)容有 :結(jié) 構(gòu)關(guān) 鍵 部位的 應(yīng)變監(jiān)測 、 結(jié) 構(gòu) 變 形 監(jiān)測 。第三十 頁 ，共六十一 頁 。ch233。體育 館應(yīng) 力 應(yīng)變測 點(diǎn) 選擇 原 則 :a、依據(jù)內(nèi)力最大、 應(yīng) 力最大原 則 ,綜 合考 慮結(jié) 構(gòu)受力分析 結(jié) 果 進(jìn) 行 選擇 。 c、 動 力 (加速度 )測 點(diǎn) 選 取原 則 :與位移 測 點(diǎn)確定原 則 一致。結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 力 監(jiān)測 的目的是通 過監(jiān)測結(jié) 構(gòu)在各種 載 荷作用下關(guān) 鍵 部位的內(nèi)力 ,分析其是否 滿 足 結(jié) 構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力要求 ,從而 為結(jié) 構(gòu)的 損傷 狀 態(tài) 及壽命的 評 估 (p237。同 時 通 過對 其控制點(diǎn)上的 應(yīng) 力和 應(yīng)變 狀 態(tài) 的 變 化來 檢查結(jié) 構(gòu)是否出 現(xiàn)損 壞或有潛在 損 壞的狀 態(tài) 西寧海湖體育中心體育 館項(xiàng) 目 應(yīng) 力 應(yīng)變監(jiān)測 采用 電 阻式 應(yīng)變計 、光 纖 光 柵 及 鋼 弦 應(yīng)變傳 感器。 為 了研究體育 館剛 屋蓋在施工卸 載階 段中心 鑄鋼節(jié) 點(diǎn)和球 鉸 支座 節(jié) 點(diǎn)的受力狀況 ,在球 較 支座 節(jié) 點(diǎn)和中心 鑄鋼 上下 節(jié) 點(diǎn)的 鋼 板和桿件上共布置 30處測 點(diǎn) ,選擇電 阻式 應(yīng)變計進(jìn) 行 臨時 性 監(jiān)測 ,數(shù)據(jù)采集釆用 DH3816靜 態(tài)應(yīng)變 數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng) 。二、二、 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 監(jiān)測監(jiān)測 方案的方案的 設(shè)計設(shè)計 和數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)分析 過過 程程 (gu242。ng)（以西寧海湖體育中心體育（以西寧海湖體育中心體育館館 例來例來 說說 明）明）體育 館 的球 鉸 支座 節(jié) 點(diǎn)的球 鉸 支座與球相 連 的 鋼 板共 8塊 ,每 塊 上面布置一個 測 點(diǎn) ,鋼 板上的 應(yīng)變 (y236。n)片按逆 時針 橫 豎 向交互布置 ,與球相 連 的 9根桿件距離支座 50公分左右各布置一個 應(yīng)變 片 測 點(diǎn)。第三十二 頁 ，共六十一 頁 。g242。ngbi224。布置 圖 如下。二、二、 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 監(jiān)測監(jiān)測 方案的方案的 設(shè)計設(shè)計 和數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)分析 過過 程程 (gu242。ng)（以西寧海湖體育中心體育（以西寧海湖