结构健康监测先进技术及理论

前言

第1章 概述

1.1 结构健康监测学科的兴起

1.1.1 工程结构的维护管理系统

1.1.2 结构检测技术与管养检查手段

1.1.3 结构健康监测概念

1.2 结构健康监测系统的构成

1.3 结构健康监测的应用效果

1.3.1 结构长寿命周期安全与成本最优

1.3.2 大型复杂结构的安全保障与新型设计方法验证

1.3.3 结构管养的自动化和智能化

1.3.4 受灾结构的信息收集与快速评估

1.4 结构健康监测研究现状及面临挑战

第2章 土木工程结构检测及监测传感技术

2.1 工程结构维护管理中的无损检测技术

2.1.1 混凝土结构中检测方法

2.1.2 钢结构中的检测方法

2.1.3 隧道中的检测

2.1.4 高速公路中的检测

2.2 工程结构监测传感技术

2.2.1 应变传感技术

2.2.2 加速度传感技术

2.2.3 位移传感技术

2.2.4 温度传感技术

2.2.5 动态图像解析监测技术

2.2.6 混凝土劣化监测技术

2.2.7 其他传感技术

第3章 结构区域分布传感理念与长标距传感技术

3.1 结构区域分布传感理念

3.1.1 结构区域分布传感理念

3.1.2 结构区域分布传感网络构建

3.1.3 钢筋混凝土梁的区域传感示例

3.1.4 苏通大桥辅助航道桥区域传感示例

3.1.5 城市结构群的区域分布传感概念

3.2 长标距光纤传感技术

3.2.1 长标距光纤传感概况

3.2.2 长标距光纤传感器的设计与安装方法

3.2.3 长标距光纤传感器的增敏技术

3.2.4 长标距光纤传感器的耐久性

3.3 长标距碳纤维应变传感技术

3.3.1 碳纤维应变传感器的横向效应

3.3.2 长标距碳纤维应变传感器

3.3.3 静态测试性能

3.3.4 动态测试性能

3.3.5 长期性能

3.4 自传感FRP构件

3.4.1 自传感FRP构件的制备

3.4.2 应变传感性能

3.4.3 力学性能

3.4.4 自传感筋的应用方法

第4章 基于监测数据的结构状态参数与损伤识别

4.1 挠度和转角识别

4.1.1 加速度积分法

4.1.2 应变积分法

4.1.3 共轭梁法

4.1.4 复杂应力状态下结构挠度反演

4.2 应变模态分析理论

4.2.1 点式应变模态理论

4.2.2 长标距应变(宏应变)模态理论

4.2.3 位移模态与长标距应变模态相互转换

4.3 结构性能退化识别

4.3.1 结构裂缝监测和宽度识别

4.3.2 基于应变比值的结构损伤识别方法

4.3.3 基于加速度模态的损伤识别方法

4.3.4 基于长标距应变模态的损伤识别方法

4.3.5 基于长标距应变模态向量的损伤指纹

4.3.6 结构中和轴高度变化识别

4.3.7 结构支座变化识别

4.3.8 移动荷载下结构损伤识别

4.3.9 基于区域分布传感的二阶段损伤识别

4.4 荷载识别

4.5 结构模型修正

4.5.1 有限元模型修正的一般过程

4.5.2 基于区域分布传感的结构模型修正

4.6 基于纤维模型有限元分析的结构状态参数及损伤识别

4.6.1 分析原理

4.6.2 单元的结构状态参数识别

4.6.3 针对损伤状态的结构分析

4.7 美国某钢一混凝土组合梁桥应用实例

4.7.1 长标距光纤传感布设

4.7.2 现场测试与结构识别

4.8 日本某预应力箱梁桥的应用实例

4.8.1 长标距光纤应变监测方案

4.8.2 定期车载试验的结果

4.8.3 桥体损伤的结果

第5章 结构性能评估方法

5.1 结构性能评估概述及国内外研究现状

5.1.1 性能评估方法概述

5.1.2 中国桥梁性能评估相关规范研究现状

5.1.3 美国桥梁性能评估相关规范研究现状

5.1.4 日本桥梁性能评估相关规范研究现状

5.1.5 其他国家桥梁性能评估相关规范研究现状

5.1.6 中国隧道性能评估相关规范研究现状

5.1.7 性能评估发展趋势

5.1.8 结构健康监测的规范化进程

5.1.9 结构区域分布传感方法与理论在规范方法中的应用

5.2 基于区域分布传感的三层次结构性能评估方法

5.2.1 方法概述

5.2.2 第一层次——结构异常分析与功能预警

5.2.3 第二层次——结构深层次性能评估方法

5.2.4 第三层次——结构性能寿命预测

5.3 中小桥梁快速测试与评估

5.3.1 基于长标距传感器和区域分布传感技术的桥梁快速评估

5.3.2 基于冲击振动的结构快速评估

第6章 基于结构(群)区域分布传感的结构健康监测系统

6.1 结构健康监测系统概述

6.1.1 系统的组成架构

6.1.2 系统监测对象和监测内容

6.1.3 结构健康监测系统分类

6.1.4 系统的一般构建流程

6.1.5 基于物联网技术的结构群健康监测系统

6.2 数据子系统的设计和实施

6.2.1 数据子系统的构成

6.2.2 数据的采集

6.2.3 数据的预处理

6.2.4 数据的传输(通信)

6.2.5 数据存储管理

6.2.6 数据子系统的实施

6.3 结构分析子系统的设计与实施

6.3.1 结构分析子系统的软件设计

6.3.2 结构分析软件工作机制(子模块设计实施)

6.4 隧道健康监测系统设计与实施

6.4.1 监测系统总体设计思路

6.4.2 某盾构隧道监测系统示例

6.4.3 隧道运营初期监测数据及分析

6.5 苏通大桥监测实例

6.5.1 传感子系统

6.5.2 数据采集、传输、存储子系统

6.5.3 数据预处理子系统

6.5.4 结构(数据)分析子系统

6.5.5 结构评估子系统

6.5.6 结构管养决策子系统(结果发布)

6.6 结构群健康监测物联网监测实例

参考文献

本书从结构健康监测的起源和发展历程、健康 监测系统的构成等基本知识讲起，在全面论述结构健 康监测理论与工程应用的同时，重点从以下方面介绍 了结构健康监测领域的新进展和成果。一是率先提 出了结构区域分布传感理念，即采用长标距传感单元 与网络覆盖损伤可能发生的结构关键位置和影响范围 ，然后进行高精度、动静态、宏微观监测与多层次分 析发现结构早期损伤与隐患；二是针对结构区域分布 传感的需求，发明了一专多能，充分反映结构动静态 、宏微观特性的长标距传感单元构建方法，进一步开 发了基于光纤光栅、光纤布里渊散射、碳纤维等区域 分布传感器技术，并通过长标距设计、纤维增强封装 、抗滑移防脆断锚固、温度自补偿与应变增敏等技术 保证其高性能长寿命特征；三是系统论述了仅利用区 域分布传感器技术进行结构参数、损伤与荷载全面识 别，以及进行结构异常分析预警、性能评价和预测三 层次结构健康直接评估的综合成套技术和理论；四是 针对工程应用中结构健康监测系统错综复杂难以构建 和管理这一难题，针对各类结构特点开发了包含数据 采集、传输与存储、数据处理等子系统，实现结构区 域分布传感一全面识别一直接评估的全自动化健康监 测系统，并从单体结构扩展到不同类型结构群的健康 监测系统构建。全面论述了结构健康监测领域的基本 知识，并以结构区域分布传感为主线，贯穿于全书系 统阐述了结构健康监测领域的先进理念、方法、理论 与技术。
　　本书可供大专院校高年级学生和研究生学习健康 监测领域基本知识，还可供土建、交通、水利等相关 领域科研与工程技术人员追踪结构健康监测领域*新 热点和先进技术，并在工程实际中切实推广应用。