结构健康监测中的几个基本问题及其进展
大型桥梁结构健康监测的研究进展
验结 束后 ， 达到 了很 高 的挠度 （ 为跨 度 的 １ ５ ， 梁 约 ／ ） 装配 结构 的破 坏总 是 发 生 在 节 点 ， 因此 要 使 得梁 达
到最 大 的悬垂拱 的作 用 ， 节点 应该 要做 得更 强 一些 。 结 果 也表 明 ， 向通道 的连 接 方 式 有 可 能 发展 成 为 反 高刚 度 、 强度 、 动能 和韧性 的强力连 接 。两 个处 于冷 却试 验 中的梁产 生 了很 高 的 张力 ， 而结 构 没 有 破 然
了方 法 的适 用性 和精 确 性 ， 提 出 的方 法 与 有 限元 所
坏 。本 文 的主要 目标 是 介 绍 火 中节 点性 能 （ 今 较 至
少） 的试 验结 果 ， 为抵 抗火 灾作 用 的节点 构造 建立 易 于理解 和合 理 的设计 方法 。 关 键 词 ： 点 ； 管 混凝 土 ； 节 钢 悬链 线 作 用 ； 火 ； 火 抗 耐 试 验 ； 却性 能 冷
Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｔ ｃｕ ｅ 。 ０ ７ ２ 加 ） ７ ｎ ｉｅ ｒ ｇＳ ｒ ｔｒ ｓ ２ ０ 。 ９（ ：２ ５ ６—２ ５ ５ ｎ ｕ ８
摘
要 ： 高度 方 向性 能恒 定 ， 对 不对 称 的建 筑 结 构 ，
提 出 了近似 的抗 震分 析 手算方 法 。通 过剪 力墙 和薄
的研 究 进 展
Ｔｅｃ ｎ ｏｇ ｈ ｏｌ ｙ Ｄｅｖｅｌ ｍ ｅｎ ｓ ｉ ｒ ｔ ａ ａｌｈ ｏｐ ｔ ｎ Ｓｔ ｕｃ ｕｒ ｌＨｅ ｔ Ｍ ｏｎ ｔ ｉｇ ｏｆ Ｌ ｒ ｅ－ ａｌ ｉ ｅｓ ｉｏｒｎ ａ ｇ Ｓｃ ｅ Ｂｒｄｇ
Ｊ． ． Ｋｏ ａｎｄ Ｙ。Ｑ． Ｎ Ｍ
土木工程结构健康监测研究进展
土木工程结构健康监测研究进展摘要院对于经过长时间运行的结构，以及经历了各种灾害影响的结构，其安全性备受关注。
结构健康监测可较好地评估结构的安全性。
结构健康监测的核心是结构损伤诊断，对损伤诊断各种方法进行了汇总分析，并对今后的结构健康监测和损伤诊断进行了展望。
Abstract: For the long time running structure and the structure suffered of various disasters, structural safety is widely concerned. Thesafety of structure can be evaluated by structural health monitoring (SHM). The point of SHM is structural damage diagnosis. Variousmethods of damage diagnosis are analysised, and the structural health monitoring and damage diagnosis is prospected.关键词院结构工程；健康监测；综述；损伤识别Key words: structural engineering；health monitoring；review；damage diagnosis中图分类号院TU317 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）02-0063-020引言很多大型土木工程结构在受到各种灾害时，其结构的可靠性会下降；即使没有经历大型灾害，很多结构因为经历了长时间的运行，受到环境侵蚀、材料老化、荷载效应等影响，其结构也会受到一定损伤，使抵抗自然灾害、正常荷载以及环境作用的能力下降。
一旦结构关键构件的损伤积累到一定程度，可能导致整个结构的突然毁坏，从而引发灾难性的突发事故。
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述大型铁路站房是城市交通的重要枢纽，承担着巨大的客流和货运压力。
为了确保铁路站房的结构安全和健康，需要进行定期的结构健康监测。
本文将对大型铁路站房结构健康监测的研究现状进行评述，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
一、大型铁路站房结构健康监测的重要性大型铁路站房结构健康监测是指通过各种检测手段和技术手段对站房的结构状况进行实时监测和分析，以便及时发现结构存在的问题并进行维修和加固。
这对于确保铁路站房的安全运行和延长使用寿命具有重要意义。
由于大型铁路站房的特殊性，其结构复杂、体量大，承受着大量的动静载荷，并且长期受到风雨侵蚀，容易出现裂缝、位移、变形等问题，因此结构健康监测对于保障站房的结构安全具有重要的意义。
目前，针对大型铁路站房结构健康监测，国内外学者和工程技术人员采用了多种监测手段和技术手段，主要包括传感器监测技术、无损检测技术、数字摄像监测技术等。
传感器监测技术是利用加速度、位移、应变等传感器对结构的各项参数进行实时监测，通过数据采集和分析来判断结构的健康状况。
无损检测技术主要包括超声波检测、磁粉探伤、X射线检测等技术，通过对站房结构进行无损检测，可以及时发现结构存在的隐患并进行修复。
数字摄像监测技术是通过摄像设备对站房的结构进行实时监测，可以全方位地观测到结构的变形和裂缝情况，为后续的维护和加固提供了重要数据支持。
在国内外，针对大型铁路站房结构健康监测的研究取得了一定的进展。
国内外许多大型铁路站房结构健康监测工程取得了实际应用成果，为相关领域的研究提供了宝贵的经验。
国内某大型铁路站房采用了传感器监测技术，成功实现了对站房结构各项参数的实时监测和分析，并在发现问题后采取了有效的维修措施，确保了该站房的结构安全和稳定运行。
在国外，一些发达国家也对大型铁路站房的结构健康监测进行了深入研究，提出了一些先进的监测技术和方法，为相关领域的研究提供了宝贵的参考和借鉴。
工程结构健康监测近期研究进展
工程 结构健康监测近期研究进展
刘 继 鹏
（ 郑州大学 土木建筑＿ 程学院 ， Ｔ － 河南 郑州 ４ ００ ） ５ ０ １
摘要 ： 于振 动的结构健康监测 （ 伤诊 断技术 ） 以其 良好 的应用 前景 ， 基 损 ， 已成 为 目 结构工 程界 研究 的热点 。 前 但结构健康监测 与状态评估 系统 的研 究 目 尚处于基础性 的探索 阶段 ， 前 距离实用性 的系统 目标尚有很大差距。
这些测量值 中抽取对损伤敏感的特征 因子 ， 并对这 些特征因子进行统计分析 ， 从而获得结构当前 的健 康状况 。对于长期的健康监测 ， 系统得到的是关于 结构在其运行环境中老化和退化所导致的完成预期 功能变化的适时信息。结构的健康监测技术是要发 展一种最小人工干预的结构健康的在线实时连续监
关键词： 土木工程结构； 健康监测 ； 损伤诊断
中图分类号 ： Ｕ３ １２ Ｔ １ ＋ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号：６ １ ４ ８ （０ ６ ０ —０ ８ １ ７ — ９ ９ ２０ ｝１ ０ ９—０ ４
以人工定期检测为特征的健康保障体系因其所
测、 检查与损伤探测的 自动化系统 ， 能够通过局域网 或远程中心 自动地报告结构状态。它与传统的无损
筑 工程 系讲 师 。
・
８ ・ ９
维普资讯
２０ ０ ６年 ３月
郑州经济 管理干部学 院学报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ Ｚ ＯＦ ＨＥＮＧＺ ＨＯＵ Ｌ ＮＯＭＩ Ｍ Ａ ＥＣ ） Ｃ ＮＡＧＥＭ【ＮＴ ＮＳＴＩ Ｅ Ｉ ＴＵＴＥ
Ｍａ ． ０ ６ ｒ２ ０
前得到普遍关注的是工程结构健康监测技术。它是 识别结构的状态 ， 因此历史数据至关重要 ， 识别的精 综合模态测试 、 数字信号处理 、 模态分析与系统辨识 度强烈依赖于传感器和解释算法。可以说 ， 健康监 等跨学科知识于一体的基于结构动力特征改变识别 测有可能将 目前广泛采用的离线 、 静态、 被动的损伤 的监测方法 。现代测试 、 分析技术 、 计算机技术、 数学 检测转变为在线、 动态 、 实时的监测 与控制 ， 这将导 理论及无线通讯技术的进步及相互融合 ， 极大地促进 致工程结构安 全监 控、 减灾 防灾领域 的一场革命。 了这一技术的初步完善并在工程中探索式地应用。
结构健康监测若干方法与技术研究进展综述共3篇
结构健康监测若干方法与技术研究进展综述共3篇结构健康监测若干方法与技术研究进展综述1随着城市化和建筑业的发展，结构健康监测日益重要。
结构健康监测方法和技术的研究已经广泛应用于各种建筑结构和设施。
本文将对结构健康监测方面的若干方法和技术进行综述。
1. 轴力传感器轴力传感器能够测量梁、柱、桁架等建筑结构中的轴力，是结构健康监测中常用的一种技术。
轴力传感器可以分为电阻应变式和电容式两类。
电阻应变式轴力传感器通常使用应变片来测量梁、柱等结构的应变，进而计算出轴力。
电容式轴力传感器利用电极之间的电容变化来测量轴力。
轴力传感器的安装方便，可以非常准确地测量结构的轴力。
2. 加速度传感器加速度传感器是结构健康监测中最常用的传感器之一。
加速度传感器的作用是测量结构的加速度。
结构在发生震动或振动时，加速度传感器可以量化震动或振动的频率和幅值。
这种监测方法被广泛应用于地震研究、桥梁、风力发电机塔等建筑结构的结构健康监测。
加速度传感器的数据可以用于识别结构的刚性、阻尼和质量等特性。
3. 光纤传感器光纤传感器是一种基于光学原理的传感器。
光纤传感器可以用于测量多种物理量，包括应变、温度和压力等。
在结构健康监测中，应变光纤传感器可以用于测量结构的变形和应变，温度光纤传感器可以用于测量结构的温度变化。
光纤传感器的优点是灵敏度高、精度高、抗干扰能力强。
这种传感器通常用于海底管道、桥梁等长距离的结构监测。
4. 振动传感器振动传感器可以测量结构的振动。
振动传感器基于加速度传感器原理，但更多地专注于结构在某一频率范围内的振动。
它可以用于监测桥梁、风力发电机塔、建筑物等结构的振动。
振动传感器可以通过固定在结构上的惯性物体和磁铁实现震动控制和监测。
5. 影像监测影像监测是一种非接触的结构健康监测方法。
它通过在结构表面安装摄像头或激光传感器等设备，并运用计算机视觉技术进行图像分析，可以实现对结构表面形变和裂缝等的监测。
影像监测适用于高层建筑、拱桥等建筑结构的结构健康监测。
《2024年土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展》范文
《土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展》篇一一、引言随着土木工程领域的发展，结构健康监测系统（SHMS）逐渐成为研究热点。
该系统通过集成传感器、信号处理、数据分析和通信技术，实现对土木工程结构状态的实时监测和评估，为结构的安全运行提供有力保障。
本文将详细介绍土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展。
二、土木工程结构健康监测系统的基本原理与组成土木工程结构健康监测系统主要由传感器、数据采集与传输、数据处理与分析以及预警与决策四个部分组成。
传感器负责捕捉结构的状态信息，如应力、应变、位移等；数据采集与传输负责将传感器获取的数据传输至数据处理与分析中心；数据处理与分析中心对数据进行处理、分析和存储，实现对结构状态的实时评估；预警与决策部分则根据评估结果发出预警信息，为结构的安全运行提供决策支持。
三、土木工程结构健康监测系统的研究状况（一）传感器技术发展传感器是SHMS的核心组成部分，其性能直接影响到监测系统的准确性和可靠性。
目前，光纤传感器、压电传感器、电磁传感器等已被广泛应用于土木工程结构健康监测中。
随着材料科学和微电子技术的进步，传感器正朝着小型化、智能化和多功能化的方向发展。
（二）数据采集与传输技术进步数据采集与传输技术是SHMS的关键技术之一。
目前，无线传感器网络、ZigBee、LoRa等技术已被广泛应用于土木工程结构的健康监测中。
这些技术具有低成本、低功耗、高可靠性等优点，为实时监测和远程监控提供了有力支持。
（三）数据处理与分析方法研究数据处理与分析是SHMS的核心环节。
目前，时域分析、频域分析、模式识别、机器学习等方法已被广泛应用于土木工程结构健康监测中。
这些方法可以有效提取结构的状态信息，实现对结构状态的实时评估和预测。
四、土木工程结构健康监测系统的应用进展（一）大型建筑结构监测SHMS在大型建筑结构监测中得到了广泛应用。
通过布置传感器，实时监测建筑结构的应力、应变、位移等状态信息，为建筑的安全运行提供有力保障。
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述
大型铁路站房结构健康监测研究现状评述大型铁路站房作为城市交通枢纽的重要组成部分，不仅具有重要的交通功能，同时也是城市风景线的一部分。
而随着城市化进程的不断加速和铁路交通的持续发展，大型铁路站房的结构健康监测成为了一个备受关注的课题。
本文将就大型铁路站房结构健康监测的研究现状进行评述，旨在全面了解目前相关研究的进展和存在的问题，为未来的研究提供参考。
大型铁路站房的结构健康监测意味着对其结构状态、安全性和使用寿命进行实时监测和评估，从而能够及时发现和解决潜在的结构问题，确保铁路站房的安全运营。
由于大型铁路站房的复杂性和长期运营，其结构和材料会受到气候变化、运载荷变化等多种因素的影响。
结构健康监测对于保障铁路站房的安全运营和维护具有重要的意义。
1. 监测技术目前，大型铁路站房结构健康监测的技术手段主要包括传感器监测、无损检测、遥感监测等多种技术。
传感器监测技术是应用较为广泛的一种方法，通过在结构中布置传感器，实时监测结构变形、应力、温度、声波等信号，进而反映结构的健康状况。
无损检测技术则是通过利用超声波、X射线等技术对结构进行无损检测，从而获取结构内部的信息。
而遥感监测技术则是利用卫星遥感、激光雷达等技术获取结构的全局信息，对结构进行监测和评估。
2. 监测参数大型铁路站房结构健康监测需要监测的参数包括结构的变形、振动、应力、温度等多个方面。
这些参数反映了结构的受力状态、破坏情况、受环境影响的程度等信息，对于评估结构的安全性和剩余寿命具有重要意义。
3. 监测方法目前，针对大型铁路站房结构健康监测，研究者们主要采用数学建模、数据挖掘、人工智能等方法进行分析和评估。
结构动力学分析是一种重要的方法，通过对结构的振动特性进行分析，可以获取结构的固有频率、振型等信息，进而评估结构的健康状况。
数据挖掘和人工智能技术可以对大量监测数据进行处理和分析，从而揭示结构的潜在问题和发展趋势。
三、存在的问题与挑战尽管大型铁路站房结构健康监测已取得了一定的进展，但在实际应用中仍然存在一些问题和挑战。
《2024年土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展》范文
《土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展》篇一一、引言土木工程结构健康监测系统，是近年来随着科技进步与土木工程需求发展而兴起的交叉性研究领域。
其重要性在于实时监测与评估土木工程结构的健康状态，以预防可能发生的结构损坏或事故，提高工程安全性和使用寿命。
本文将针对土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展进行详细的探讨。
二、土木工程结构健康监测系统的研究状况（一）技术发展1. 传感器技术：传感器技术是健康监测系统的核心技术之一。
随着新型材料和制造技术的发展，传感器的灵敏度、稳定性和可靠性得到了显著提高。
例如光纤传感器、压电传感器等，已经广泛应用于土木工程结构的健康监测中。
2. 数据采集与传输技术：数据采集与传输技术的进步，使得大规模、高密度的数据采集成为可能。
无线传输技术的普及，大大提高了数据传输的效率和可靠性。
3. 数据分析与处理技术：随着计算机技术和人工智能技术的发展，数据分析与处理技术也在不断进步。
机器学习、深度学习等算法的应用，使得结构健康监测的准确性和实时性得到了显著提高。
（二）应用领域土木工程结构健康监测系统的应用领域非常广泛，包括桥梁、高层建筑、大坝、隧道等各类土木工程结构。
通过安装传感器，实时监测结构的应力、应变、位移等参数，及时发现潜在的安全隐患。
三、土木工程结构健康监测系统的进展（一）系统集成化随着技术的进步，土木工程结构健康监测系统正在向集成化方向发展。
系统集成化可以提高系统的可靠性和稳定性，降低维护成本。
同时，集成化的健康监测系统可以更好地满足实际工程的需求，为工程的安全性和使用寿命提供更全面的保障。
（二）智能化发展人工智能技术的引入，使得土木工程结构健康监测系统更加智能化。
通过机器学习和深度学习等算法，系统可以自动分析和处理大量数据，实时评估结构的健康状态，并预测可能发生的损坏或事故。
这将大大提高工程的安全性，降低维护成本。
（三）新技术的应用新型材料和制造技术的应用，为土木工程结构健康监测系统的发展提供了新的可能性。
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任 伟 新 博士
中南大学土木建筑学院
“长江学者奖励计划”特聘教授 桥梁与隧道工程博士生导师
结构健康监测基本概念
• 随着结构分析理论、施工技术、材料性能的迅速 发展，结构跨度越来越大，结构越来越柔，不仅 要求精确严密的计算与施工技术，而且对结构建 成后的安全运营提出了更高的要求；
• 自 90 年代开始，提出了旨在保证结构安全、耐 久的“结构健康监测”的概念，并在一些建成和 在建的跨江、跨海大型桥梁和大型结构上，安装 了和待安装结构长期健康状态监测系统，投资动 辄在千万元以上。
结构健康监测的一般过程
• 在一个较长时间段内通过一些传感器对系统 的响应进行采集； • 从这些响应信号中提取出对结构损伤比较敏 感的特征；
• 对这些特征进行（统计）分析，确定结构目 前的健康状况；
• 剩余寿命分析。
结构健康监测系统的组成
• 高性能智能传感元件、无线传感网络与信号采 集系统，数据挖掘，多参量、多传感元件监测 数据智能处理与数据动态管理方法，结构实时 损伤识别、定位与模型修正，结构实时健康诊 断、安全预警与可靠性预测。 • 一个长期监测的结构相当于长期试验的结构， 而且是足尺的、现场长期试验的结构，其监测 结果对于研究和把握结构损伤演化规律、灾变 行为和安全状态具有重要的科学与现实意义。
1、工作模态参数识别
Problems with Civil Engineering Structures
• It is extremely difficult to realize the excitation on a large-scale structure. Some heavy forced excitations become very expensive.
• Need robust numerical techniques factorization or least squares;
• It is always complex modes.
such
as
QR-
1、工作模态参数识别
Peak-Picking in Frequency-Domain
• Stochastic subspace methods et al.
1、工作模态参数识别
Frequency-Domain SI Techniques
• Based on the fact that FRFs goes through an extreme around the natural frequencies.
• The reference signal is used as an "input" and FRFs and coherence functions are computed for each measurement point with respect to reference point. • The most popular, mainly due to their simplicity and processing speed, and also for historical reasons. • Involve averaging temporal information, thus discarding most of their details; • Always a real modal analysis.
1、工作模态参数识别
竖向激振器-Shakers
Vertical, 5kN , 2.3<f<100Hz
Power generator
1、工作模态参数识别
横向激振器-Shakers
Horizontal, 32kN, 1.5<f<100Hz
• These noises are assumed to be the white noise; • The QR factorization results in significant data reduction; • The singular value decomposition (SVD) is used to reject the noise (represented by the smaller singular values); • Once mathematical state space model is identified, it is straightforward to determine the modal parameters (by an eigenvalue decomposition).
1、工作模态参数识别
环境（自然）激励的优点
天然、方便和便宜和的激励方式； 更符合实际情况和边界条件；
可以实现对结构的实时安全监测。
1、工作模态参数识别
环境激励的缺点
结构动力响应测试数据，具有幅值小、随机性强的 特点；
1、工作模态参数识别
Stochastic Subspace Identification in Time-Domain
• Input is replaced by process noise wk and measurement noise vk in discrete-time state space model of a dynamic system;
1、工作模态参数识别
Output-Only Modal Analysis: A GUI for MATLAB
• A Graphical User Interface (GUI) for output-only modal analysis is developed; • The simple peak-picking method as well as the more advanced stochastic subspace method are implemented in a user-friendly way. • By pushing buttons the user is guided through the whole process of output-only modal analysis: converting measurements to engineering units, preprocessing the data, system identification, gluing mode shape parts together, animating mode shapes, . . .
1、工作模态参数识别
Free Vibration Excitations
Bump and Brake
1、工作模态参数识别
Free Vibration Excitation-Weight Released
• Traffic has to be shut down for a rather long time. This could be a serious problem for intensively used bridges. • The need to identify modal models under operational conditions often arises for the on-line monitoring.
记录时间长，数据量巨大； 系统识别是仅由输出数据的系统识别方法 (Output-only System Identification) ；
给结构系统的识别带来很大的难度。
1、工作模态参数识别
Output-Only SI Methods
There have been several ambient vibration SI techniques available that were developed by different investigators or for different uses such as:
1、工作模态参数识别
系统识别
系统识别的含义：
输入 激励 工程结构系统 输出 响应
[M]，[C]，[K]
传统系统识别的不足：
• •
需要专用的系统激励设备； 必须封闭线路，无法实现实时的安全监测；
1、工作模态参数识别
• Based on a discrete-time state space model of a dynamic system; • Identify the state space matrices based on the measurements and then determine modal parameters;
结构健康监测的学术特点
• 涉及材料科学、仪器仪表与测试技术、信号处 理、计算机科学与技术、通讯技术、大型结构 分析、结构动力学、结构可靠度等多门学科领 域，具有明显的学科交叉和融合特征。 • 健康监测系统集智能传感元件、数据无线采集 和实时处理、结构损伤识别、健康诊断与可靠 性预测以及远程通讯与数据管理等硬软件系统 于一体，是工程理论发展与综合的象征、高新 技术开发与集成的标志，同时也是现代结构实 验技术的集中体现。
结构健康监测中的几个基本问题
• 环境振动（工作）模态参数识别；
• 结构损伤识别；
• 有限元模型修正； • 传感器。
1、环境振动（工作）模态参数识别
• 在研究重大结构灾变行为和健康监测时， 首先遇到的关健问题之一就是正确地识别 或监测结构工作时的特性。 • 模态参数（频率、振型和阻尼比）是结构 固有的动力学特性。 • 基于结构动力的结构健康监测就是监测结 构动力特性的变化。