大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)第一頁(yè)，共60頁(yè)。大跨度空間結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)小組成員：高康杰張藝楓金哲宇武璇李星儀彭康佑高銘周江南蘇蓉李安鑫第二頁(yè)，共60頁(yè)。目錄Contents01人員分工安排02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第三頁(yè)，共60頁(yè)。01人員分工安排目錄Contents02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹武璇高康杰：大跨度空間結(jié)構(gòu)的主要形式及特點(diǎn)金哲宇李安鑫：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)介紹、用途及適用范圍高銘彭康佑：大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程及實(shí)例周江南張藝楓：大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹主講：李安鑫蘇蓉李星儀：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向主講：彭康佑主講：蘇蓉PPT制作：李安鑫蘇蓉03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第四頁(yè)，共60頁(yè)。目錄Contents01人員分工安排02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第五頁(yè)，共60頁(yè)。大跨度空間結(jié)構(gòu)的主要形式及特點(diǎn)大跨度空間結(jié)構(gòu)往往是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)建筑技術(shù)水平的重要標(biāo)志。其結(jié)構(gòu)形式主要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)等五大空間結(jié)構(gòu)及各類組合空間結(jié)構(gòu)。形態(tài)各異的空間結(jié)構(gòu)在體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、影劇院、大型商場(chǎng)、工廠車間等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)介紹、用途及適用范圍當(dāng)大型結(jié)構(gòu)發(fā)生突發(fā)性損傷時(shí)，如果能夠及時(shí)做出判斷和警報(bào)，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(duì)于長(zhǎng)期在役的重要結(jié)構(gòu)，如果能夠定期對(duì)其累積損傷的程度做出正確評(píng)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。在此工程背景下，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生，并成為土木工程學(xué)科發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹高康杰武璇：大跨度空間結(jié)構(gòu)的主要形式及特點(diǎn)金哲宇李安鑫：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)介紹、用途及適用范圍第六頁(yè)，共60頁(yè)。02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹大跨度空間結(jié)構(gòu)主要形式懸索結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)定義結(jié)構(gòu)應(yīng)用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式膜結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第七頁(yè)，共60頁(yè)。1.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由多根桿件按照某種規(guī)律的幾何圖形通過節(jié)點(diǎn)連接起來的空間結(jié)構(gòu)稱之為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中雙層或多層平板形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)或網(wǎng)架。它通常是采用鋼管或型鋼材料制作而成。1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式

(1)平面析架系組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。主要有:兩向正交正放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架、三向網(wǎng)架等型式;(2)四角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。主要有:正放四角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架、星型四角錐網(wǎng)架、單向折線型網(wǎng)架等型式;(3)三角錐組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。主要有:三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架(分I型和Ⅱ型)、蜂窩形三角錐網(wǎng)架等型式;(4)六角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。主要形式有:正六角錐網(wǎng)架。1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)空間工作，傳力途徑簡(jiǎn)捷;重量輕、剛度大、抗震性能好;施工安裝簡(jiǎn)便;網(wǎng)架桿件和節(jié)點(diǎn)便于定型化、商品化、可在工廠中成批生產(chǎn)，有利于提高生產(chǎn)效率;網(wǎng)架的平面布置靈活，屋蓋平整，有利于吊頂、安裝管道和設(shè)備;網(wǎng)架的建筑造型輕巧、美觀、大方，便于建筑處理和裝飾。第八頁(yè)，共60頁(yè)。2.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)曲面形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼之分。網(wǎng)殼的用材主要有鋼網(wǎng)殼、木網(wǎng)殼、鋼筋混凝土網(wǎng)殼等。2.1網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式主要有球面網(wǎng)殼、雙曲面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、雙曲拋物面網(wǎng)殼等。2.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)

兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的主要特性，桿件比較單一，受力比較合理;結(jié)構(gòu)的剛度大、跨越能力大;可以用小型構(gòu)件組裝成大型空間，小型構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)可以在工廠預(yù)制;安裝簡(jiǎn)便，不需大型機(jī)具設(shè)備，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好;造型豐富多彩，不論是建筑平面還是空間曲面外形，都可根據(jù)創(chuàng)作要求任意選取。第九頁(yè)，共60頁(yè)。3.懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)是以能受拉的索作為基本承重構(gòu)件，并將索按照一定規(guī)律布置所構(gòu)成的一類結(jié)構(gòu)體系。用于懸索結(jié)構(gòu)的鋼索大多采用由高強(qiáng)鋼絲組成的平行鋼絲束，鋼絞線或鋼纜繩等，也可采用圓鋼、型鋼、帶鋼或鋼板等材料。3.1懸索結(jié)構(gòu)形式懸索結(jié)構(gòu)按索的布置方向和層數(shù)分為:單向單層懸索結(jié)構(gòu);輻射式單層懸索結(jié)構(gòu);雙向單層懸索結(jié)構(gòu);單向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu);輻射式預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu);雙向雙層預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。3.2懸索結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)懸索結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)是僅通過索的軸向拉伸來抵抗外荷載的作用，結(jié)構(gòu)中不出現(xiàn)彎距和剪力效應(yīng)，可充分利用鋼材的強(qiáng)度;懸索結(jié)構(gòu)形式多樣，布置靈活，并能適應(yīng)多種建筑平面;由于鋼索的自重很小，屋蓋結(jié)構(gòu)較輕，安裝不需要大型起重設(shè)備，但懸索結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)理論與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，比較復(fù)雜，限制了它的廣泛應(yīng)用。第十頁(yè)，共60頁(yè)。4.薄膜結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)也稱為織物結(jié)構(gòu)，是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。它以性能優(yōu)良的柔軟織物為材料，由膜內(nèi)空氣壓力支承膜面，或利用柔性鋼索或剛性支承結(jié)構(gòu)使膜產(chǎn)生一定的預(yù)張力，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。4.1膜結(jié)構(gòu)的主要形式主要有空氣支承膜結(jié)構(gòu);張拉式膜結(jié)構(gòu);骨架支承膜結(jié)構(gòu)等形式。4.2膜結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)自重輕、跨度大;建筑造型自由豐富;施工方便;具有良好的經(jīng)濟(jì)性和較高的安全性;透光性和自結(jié)性好;耐久性較差。第十一頁(yè)，共60頁(yè)。5.薄殼結(jié)構(gòu)建筑工程中的殼體結(jié)構(gòu)多屬薄殼結(jié)構(gòu)(學(xué)術(shù)上把滿足t／R≤1／20的殼體定義為薄殼)。5.1薄殼結(jié)構(gòu)的形式薄殼結(jié)構(gòu)按曲面形成可分為旋轉(zhuǎn)殼與移動(dòng)殼;按建造材料分為鋼筋混凝土薄殼、磚薄殼、鋼薄殼和復(fù)合材料薄殼等。5.2薄殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)殼體結(jié)構(gòu)具有十分良好的承載性能，能以很小的厚度承受相當(dāng)大的荷載。殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性，以材料直接受壓來代替彎曲內(nèi)力，從而充分發(fā)揮材料的潛力。因此殼體結(jié)構(gòu)是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省的即經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)形式。除以上幾種空間結(jié)構(gòu)外，尚有組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、管桁結(jié)構(gòu)、張弦梁結(jié)構(gòu)、點(diǎn)連接玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)、索穹頂結(jié)構(gòu)等幾種常用空間結(jié)構(gòu)，都有自身的特點(diǎn)和實(shí)用范圍。比如點(diǎn)連接式玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)能利用玻璃的透明特性追求建筑物內(nèi)外空間的溝通和融合，人們可以透過玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不僅起到支承作用，而且具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)功能;索穹頂結(jié)構(gòu)則完全體現(xiàn)了美國(guó)建筑大師Fuller關(guān)于“壓桿的孤島存在于拉桿的海洋中”的思想，是由連續(xù)的拉索和不連續(xù)的壓桿組成的一種受力合理、結(jié)構(gòu)效率極高的結(jié)構(gòu)體系。第十二頁(yè)，共60頁(yè)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)介紹、用途及適用范圍三、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成二、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)概念五、大跨度結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容：四、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用一、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究背景第十三頁(yè)，共60頁(yè)。一、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究背景土木工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過程中會(huì)因各種自然及人為因素的作用而不可避免地發(fā)生損傷。近年來，自然災(zāi)害對(duì)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。目前我國(guó)土木工程事故頻繁發(fā)生，如橋梁的突然折斷、建筑驟然倒塌等，造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，已經(jīng)引起人們對(duì)于重大工程安全性的關(guān)心和重視。當(dāng)大型結(jié)構(gòu)發(fā)生突發(fā)性損傷時(shí)，如果能夠及時(shí)做出判斷和警報(bào)，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(duì)于長(zhǎng)期在役的重要結(jié)構(gòu)，如果能夠定期對(duì)其累積損傷的程度做出正確評(píng)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。在此工程背景下，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生，并成為土木工程學(xué)科發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。第十四頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)概念專業(yè)一點(diǎn)的解釋：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(StructureHealthMonitoring，簡(jiǎn)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(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)來觀察體系隨時(shí)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)。對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)定期更新來估計(jì)結(jié)構(gòu)老化和惡劣服役環(huán)境對(duì)工程結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。通俗一點(diǎn)的解釋：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是通過對(duì)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)性能進(jìn)行無損監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)的整體行為，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷位置和程度進(jìn)行診斷，對(duì)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(píng)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(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，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)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是一個(gè)多領(lǐng)域跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及土木工程、動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)、傳感技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊通信技術(shù)、模式識(shí)別等多個(gè)研究方向。其基本思想是通過測(cè)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(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的損傷；或者通過持續(xù)監(jiān)測(cè)來發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期退化。有人將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)定義為“用最少的人力來實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)自動(dòng)、連續(xù)的監(jiān)測(cè)和觀察?！苯Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)可適用于所有種類的結(jié)構(gòu)。對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)，SHM系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在地震或者爆炸下的損傷，或者監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在周圍環(huán)境以及人的活動(dòng)下的長(zhǎng)期損傷。這些信息可以為結(jié)構(gòu)的安全評(píng)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(píng)估。第十五頁(yè)，共60頁(yè)。三、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由4個(gè)功能子系統(tǒng)組成并通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系進(jìn)行工作。這四個(gè)子系統(tǒng)是:（1）傳感器系統(tǒng):包括加速度計(jì)、風(fēng)速風(fēng)向儀、位移計(jì)、溫度計(jì)、應(yīng)變計(jì)、信號(hào)放大處理器及連接介面等，并將待測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；（2）信息采集與處理系統(tǒng):包括信號(hào)采集器及相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等。安裝于待測(cè)結(jié)構(gòu)中，采集傳感系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步處理；（3）信息通信與傳輸系統(tǒng):包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)平臺(tái)、安全監(jiān)測(cè)局域網(wǎng)、與因特網(wǎng)的連接等。將采集并處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；（4）信息分析和監(jiān)控系統(tǒng):包括高性能計(jì)算機(jī)及分析軟件。利用具備損傷診斷功能的軟硬件分析相應(yīng)數(shù)據(jù)，判斷損傷的發(fā)生、位置和程度，對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況做出狀態(tài)評(píng)估，若發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報(bào)警信息。第十六頁(yè)，共60頁(yè)。四、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用隨著健康監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)，對(duì)橋梁的安全運(yùn)行起到了重要作用。香港青馬大橋設(shè)立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)稱之為“風(fēng)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，包括加速度計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移傳感器、水平傳感器、風(fēng)速計(jì)、溫度傳感器、車速車載感應(yīng)系統(tǒng)等各類傳感器計(jì)774個(gè)和數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)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(dòng)力特性等。此外，還有：蘇通長(zhǎng)江公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)南京長(zhǎng)江第三大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)濱州黃河公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)東營(yíng)黃河公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)……這些經(jīng)典工程實(shí)例。第十七頁(yè)，共60頁(yè)。五、大跨度結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容：主要是：外部荷載作用和結(jié)構(gòu)反應(yīng)兩個(gè)方面外部荷載作用主要為地面運(yùn)動(dòng)加速度和風(fēng)環(huán)境及結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓等，結(jié)構(gòu)反應(yīng)主要為結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、振動(dòng)加速度、表面溫度、表面裂縫開展等。鑒于大跨度結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，風(fēng)環(huán)境級(jí)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(cè)的重點(diǎn)，而結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)包含鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力、索拉力、膜面應(yīng)力等。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與收集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)分析與預(yù)警系統(tǒng)等。第十八頁(yè)，共60頁(yè)。謝謝您的聆聽下面有請(qǐng)彭康佑同學(xué)為大家?guī)淼谌糠值谑彭?yè)，共60頁(yè)。目錄Contents01人員分工安排02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第二十頁(yè)，共60頁(yè)。03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)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(cè)概述二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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(jì)算技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。5、傳感器元件簡(jiǎn)介4、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成1、結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方式2、監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)參數(shù)3、常規(guī)監(jiān)測(cè)傳感器和手段54321一、大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)概述第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。1、結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方式2、監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(1)人工監(jiān)測(cè):利用簡(jiǎn)單的儀器,定期用人工監(jiān)測(cè)。這種方法簡(jiǎn)單,成本低。但費(fèi)時(shí),費(fèi)力,監(jiān)測(cè)的誤差比較大。(2)自動(dòng)監(jiān)測(cè):采用各類傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),這種方法適用于對(duì)大型重要的結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè),自動(dòng)化程度高,準(zhǔn)確性高,但成本較大。(3)聯(lián)合監(jiān)測(cè):將人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)合起來,利用一些小型的自動(dòng)化程度較高的監(jiān)測(cè)設(shè)備,配合人工監(jiān)測(cè)。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(cè)方法。(1)位移。包括相對(duì)位移和絕對(duì)位移,動(dòng)態(tài)位移和靜態(tài)位移。(2)內(nèi)力。如結(jié)構(gòu)桿件和結(jié)構(gòu)拉索的拉力等。(3)變形。包括靜動(dòng)應(yīng)變和靜動(dòng)燒度等。(4)動(dòng)力參數(shù)。包括加速度、速度等。(5)物理化學(xué)現(xiàn)象。如鋼材銹燭、混凝土堿集料反應(yīng)等。(6)外觀和完整。如氣蝕、裂縫、磨損及剝落等。(7)環(huán)境。如溫度、風(fēng)速、地震等。第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。3、常規(guī)監(jiān)測(cè)傳感器和手段4、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成(1)位移。如位移計(jì)、傾斜儀、GPS、靜力水準(zhǔn)儀等。(2)內(nèi)力。如壓力環(huán)、磁彈性張力計(jì)、油壓計(jì)、剪力銷等。(3)變形。如位移傳感器、電阻應(yīng)變儀、振弦應(yīng)變儀、分布式光纖應(yīng)變計(jì)等。(4)動(dòng)力參數(shù)。如加速度計(jì)、速度計(jì)。(5)外觀或完整率。如數(shù)字成像機(jī)、刻度放大鏡、超聲探測(cè)儀等。(6)環(huán)境。如溫度計(jì)、風(fēng)速計(jì)、地震儀結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成主要由傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)釆集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析子系統(tǒng)、信息分析和監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)四個(gè)功能子系統(tǒng)通過不同接口的軟件網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)成,并協(xié)同工作。第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。傳感器子系統(tǒng)由用于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的各類傳感器組成,主要包括各種智能傳感元件,通過各智能傳感元件感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息,主要完成各種監(jiān)測(cè)信號(hào)的拾取和轉(zhuǎn)換。傳感器作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本組成部分,在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)需要,主要有應(yīng)變片、應(yīng)變傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、強(qiáng)震儀、攝像機(jī)等。傳感器主要是將待測(cè)的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或光信號(hào)。傳感器子系統(tǒng)第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。5、傳感器元件簡(jiǎn)介：傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。（1）電阻應(yīng)變計(jì)通常習(xí)慣稱之為電阻應(yīng)變片,簡(jiǎn)稱應(yīng)變片或應(yīng)變計(jì)。電阻應(yīng)變計(jì)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。這種應(yīng)變計(jì)不僅適用于模型試驗(yàn)、同時(shí)也適應(yīng)于室內(nèi)試驗(yàn),還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際結(jié)構(gòu)的測(cè)試,這些特點(diǎn)是其他傳感器所不能比的。電阻應(yīng)變計(jì)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(hào),進(jìn)而通過電纜輸入到相關(guān)的儀器儀表中進(jìn)行計(jì)算分析。電阻應(yīng)變計(jì)的原理是利用了導(dǎo)體的電阻。敏感柵是電阻應(yīng)變計(jì)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(huì)引起柵絲的阻值變化。第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。5、傳感器元件簡(jiǎn)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(cè)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)。光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì),而且光波在光纖中的傳播時(shí)表征光波的特征參量(振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等)因外界因素(如溫度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移等)的作用而間接或直接的發(fā)生變化,從而可將光纖用作傳感器元件來探測(cè)各種待測(cè)量(物理量、化學(xué)量、生物量),這就是光纖傳感器的基本原理。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):a.靈敏度高。隨著波長(zhǎng)及溫度的改變,FBG的波長(zhǎng)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。b.尺寸小,易掩埋，可以很容易埋入結(jié)構(gòu)中而對(duì)結(jié)構(gòu)沒有影響;c.電絕緣且抗電磁干擾能力強(qiáng);d.壽命長(zhǎng)。經(jīng)初步加速老化試驗(yàn)證明,暴露環(huán)境和退火條件下的光纖光柵,工作周期大于25年也沒有明顯的性能退化。e.復(fù)用性好。第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。鋼弦應(yīng)變傳感器的工作原理為:它是把構(gòu)件表面或內(nèi)部的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為鋼弦的工作頻率變化而進(jìn)行測(cè)量的。有兩個(gè)支點(diǎn)固定鋼弦,在電流流通過電磁線圈所產(chǎn)生的短脈沖作用下,沿磁場(chǎng)方向發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)支點(diǎn)間的距離發(fā)生改變時(shí),鋼弦的張力與振動(dòng)頻率也隨之變化。鋼弦應(yīng)變計(jì)所承受的軸向應(yīng)變與鋼弦頻率變化的平方成正比。頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置,即可測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(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(jiǎn)單可靠,安裝方便b、零點(diǎn)非常穩(wěn)定,適宜長(zhǎng)期觀測(cè)c、易于多點(diǎn)遠(yuǎn)傳,便于數(shù)字化d、易于解決防潮和防水問題（3）鋼弦應(yīng)變傳感器第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。靜力水準(zhǔn)儀是一種高精密液位測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)適用于測(cè)量多點(diǎn)的相對(duì)沉降。在使用中,多個(gè)靜力水準(zhǔn)儀的容器用通液管聯(lián)接,每一容器的液位由磁致伸縮式傳感器測(cè)出,傳感器的浮子位置隨液位的變化而同步變化,由此可測(cè)出各測(cè)點(diǎn)的液位變化量。在靜力水準(zhǔn)儀的系統(tǒng)中,所有各測(cè)點(diǎn)的垂直位移均是相對(duì)于其中的一點(diǎn)(又叫基準(zhǔn)點(diǎn))變化,該點(diǎn)的垂直位移是相對(duì)恒定的或者是可用其它方式準(zhǔn)確確定,以便能精確計(jì)算出靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的沉降變化量。靜力水準(zhǔn)儀有多種類型,包括:振弦式,電阻式,液位式等等。（4）靜力水準(zhǔn)儀第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）（一）基本內(nèi)容1、方案設(shè)計(jì)原則（1）在確定監(jiān)測(cè)方法時(shí),要根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)及監(jiān)測(cè)環(huán)境,選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)方法,盡量采用聯(lián)合監(jiān)測(cè)方法,經(jīng)濟(jì)實(shí)用。（2）在選擇監(jiān)測(cè)儀器時(shí),不能片面追求精、高、多、大、全。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容所需要的精度、可靠度、牢固程度等要求統(tǒng)籌考慮,既要能滿足監(jiān)測(cè)要求,又要滿足經(jīng)濟(jì)性原則。通常精度較高的儀器適于監(jiān)測(cè)變形量較小的結(jié)構(gòu);對(duì)于柔性較大的結(jié)構(gòu),精度則需適當(dāng)放寬。（3）測(cè)點(diǎn)的布設(shè)理論上要在結(jié)構(gòu)的每個(gè)桿件布置測(cè)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(duì)結(jié)構(gòu)的影響較小,故沒必要全面的布置測(cè)點(diǎn)。所以要選擇結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵打件和關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。（4）根據(jù)實(shí)際情況,定制幾套不同的監(jiān)測(cè)方案,有條件的話同一測(cè)點(diǎn)可用不同的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行校對(duì)。針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)方案,要進(jìn)行方案的比較和驗(yàn)證工作,盡量做到監(jiān)測(cè)工作在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施以及最后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上都做到安全可靠,特別要避免單方面追求高精度、多參數(shù),脫離實(shí)際需要的監(jiān)測(cè)方案。2、監(jiān)測(cè)內(nèi)容體育館的施工階段監(jiān)測(cè)內(nèi)容有:結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)變監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)。運(yùn)營(yíng)階段所監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有:結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)變監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、風(fēng)速監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)。第三十頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）（二）監(jiān)測(cè)方案1、關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)選擇原則為了準(zhǔn)確測(cè)試關(guān)鍵構(gòu)件及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),本工程進(jìn)行了體育館結(jié)構(gòu)的分析,根據(jù)分析結(jié)果,確定關(guān)鍵點(diǎn)的位置,并進(jìn)行綜合優(yōu)化,重新布置測(cè)點(diǎn)及各項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案。體育館應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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。b、變形(位移)測(cè)點(diǎn)選擇原則:根據(jù)構(gòu)件燒度最大原則選則。c、動(dòng)力(加速度)測(cè)點(diǎn)選取原則:與位移測(cè)點(diǎn)確定原則一致。2、施工階段監(jiān)測(cè)方案（1）結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)及測(cè)點(diǎn)布置。結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)的目的是通過監(jiān)測(cè)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(píng)估提供依據(jù)。同時(shí)通過對(duì)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(cè)采用電阻式應(yīng)變計(jì)、光纖光柵及鋼弦應(yīng)變傳感器。所選擇的應(yīng)變傳感器的測(cè)量精度、量程滿足項(xiàng)目構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變幅度的實(shí)際要求。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(cè)點(diǎn),選擇電阻式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行臨時(shí)性監(jiān)測(cè),數(shù)據(jù)采集釆用DH3816靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）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(gè)測(cè)點(diǎn),鋼板上的應(yīng)變片按逆時(shí)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(gè)應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)。共17處測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)布置見下圖。第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）中心鑄鋼節(jié)點(diǎn)下弦共12根桿件，每隔兩個(gè)桿件布置一個(gè)應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)；斜腹桿12根桿件，和下面腹桿相對(duì)應(yīng)的桿件上布置測(cè)點(diǎn)；中間豎向腹桿上布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共9處測(cè)點(diǎn)。布置圖如下。第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）中心鑄鋼節(jié)點(diǎn)上弦共12根桿件，每隔兩個(gè)桿件布置一個(gè)應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)。共4處測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如下。第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）體育館鋼屋蓋關(guān)鍵桿件和部位應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)釆用光纖光柵和鋼弦傳感器。選擇了26個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè),其中布置光纖光柵傳感器15個(gè),監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵打桿件件13處、支座下混凝土柱1處。布置鋼弦傳感器11個(gè)屋蓋中心鑄鋼節(jié)點(diǎn)上下表面各1處,關(guān)鍵奸件共9處。其中鋼弦傳感器自帶溫度監(jiān)測(cè),在監(jiān)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變的同時(shí)可以監(jiān)測(cè)桿件溫度值。在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng),按照上述布置方案安裝了應(yīng)力應(yīng)變傳感器。（2）結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)。光電測(cè)距的方法采用可見光或紅外光作為載波，通過測(cè)定光線在測(cè)線兩端點(diǎn)間往返的傳播時(shí)間，算出距離。主要是由安置在結(jié)構(gòu)上的菱鏡,配合與測(cè)量用的全站儀，從而形成光載波通信系統(tǒng)，全站儀是具有紅外激光探測(cè)功能的，利用此功能對(duì)菱鏡進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，通過測(cè)量每個(gè)菱鏡與全站儀的相對(duì)角度和距離后，經(jīng)過系統(tǒng)計(jì)算確定結(jié)構(gòu)的外型及移動(dòng)情況。結(jié)構(gòu)施工過程對(duì)測(cè)點(diǎn)的變形觀測(cè)可得到三個(gè)方向的位移數(shù)據(jù),重點(diǎn)是豎向位移,對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。根據(jù)卸載前后各測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)差值可計(jì)算卸載前后的變形和移動(dòng)情況。西寧海湖體育中心體育館項(xiàng)目在卸載階段采用高精度全站儀的測(cè)量方法。第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）3）運(yùn)營(yíng)階段監(jiān)測(cè)方案A、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)階段繼續(xù)對(duì)卸載階段所布點(diǎn)位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)設(shè)備及儀器仍然用卸載階段的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。B、結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)①測(cè)點(diǎn)布置運(yùn)營(yíng)階段變形觀測(cè)點(diǎn)位置如圖右圖,共3個(gè)測(cè)點(diǎn)。②監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行垂直位移監(jiān)測(cè)。第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）C、結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)。①測(cè)點(diǎn)布置。選取5個(gè)節(jié)點(diǎn)加速度振動(dòng)觀測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)位置如右圖。②振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備及儀器結(jié)構(gòu)的整體性能改變時(shí)，其模態(tài)參數(shù)(如頻率、振型等)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性的連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以考察結(jié)構(gòu)的疲勞響應(yīng)，進(jìn)而考察結(jié)構(gòu)的安全可靠性。結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)往往與引起整體振動(dòng)的強(qiáng)振源相聯(lián)系，因此，通過對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，不僅可以識(shí)別結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)承受波動(dòng)載荷歷程的記錄。結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)階段采用光纖光柵加速度傳感器。第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）D、結(jié)構(gòu)風(fēng)速監(jiān)測(cè)。風(fēng)速監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置安置在體育館屋頂上，測(cè)點(diǎn)數(shù)量為1個(gè)，體育場(chǎng)和體育館共用一個(gè)測(cè)點(diǎn)。風(fēng)速監(jiān)測(cè)在結(jié)構(gòu)使用過程中實(shí)施，本項(xiàng)目采用機(jī)械螺旋槳式風(fēng)速儀。E、溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備及儀器通過監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的分布狀況,就可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中溫度影響的計(jì)算與分析提供原始依據(jù)。在系統(tǒng)中各溫度傳感器以并聯(lián)方式與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接,通過網(wǎng)絡(luò)總線來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,對(duì)其溫度監(jiān)測(cè)進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。采用外貼式溫度傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)。第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）監(jiān)測(cè)流程及計(jì)劃整個(gè)監(jiān)測(cè)流程及計(jì)劃如下:由關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被采集到后，通過電纜和光纜將采集到的信號(hào)傳送到釆集系統(tǒng)上，在監(jiān)控室，由數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)接收采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)后開始進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。在結(jié)構(gòu)的施工階段及其使用階段可以有效地對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力變化及結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?？梢员O(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)響應(yīng)下的內(nèi)力重分布，同時(shí)也可以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)、地震、超載等異常情況下內(nèi)力和位移所發(fā)生的變化，且可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的分析對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）（四）卸載過程中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)1、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)是衡量結(jié)構(gòu)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，通過桿件受力監(jiān)測(cè)，不僅能從總體上評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，也能檢測(cè)桿件揮接系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)是否完好。從理論上講,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的傳感器越多，結(jié)構(gòu)特性的描述就越準(zhǔn)確,實(shí)測(cè)結(jié)果也就越精確,但考慮到傳感器、儀器及傳輸和接收設(shè)備等的費(fèi)用，一般只能使用有限數(shù)量的傳感器。西寧海湖體育中心體育館工程卸載階段在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)即中心鑄鋼節(jié)點(diǎn)和球鉸支座節(jié)點(diǎn)上使用電阻式應(yīng)變片監(jiān)測(cè)其應(yīng)力變化,共設(shè)置30處測(cè)點(diǎn)。關(guān)鍵桿件上使用光纖光柵傳感器和鋼弦傳感器,這兩種傳感器具有靈敏度高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。第四十頁(yè)，共60頁(yè)。二、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)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）2、位移監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)重點(diǎn)是豎向位移數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。根據(jù)卸載前后各測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)差值可計(jì)算卸載前后的變形和移動(dòng)情況。本項(xiàng)目在卸載階段采用高精度全站儀的測(cè)量方法。測(cè)點(diǎn)如下。第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。三、新的技術(shù)與研究：基于物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)創(chuàng)新特色：結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與檢測(cè)狀況下加入物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的智能化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)膽?yīng)用開發(fā)以及基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的遠(yuǎn)程檢測(cè)技術(shù)研究。第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。謝謝您的聆聽下面有請(qǐng)?zhí)K蓉同學(xué)為大家?guī)淼谒牟糠值谒氖?yè)，共60頁(yè)。目錄Contents01人員分工安排02大跨度空間結(jié)構(gòu)與健康監(jiān)測(cè)介紹03大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)從設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)分析的過程與實(shí)例展示04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。蘇蓉李星儀：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向張藝楓周江南：現(xiàn)在主流的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大跨度空間結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用在各種大型體育場(chǎng)館、劇院、會(huì)議展覽中心、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等，當(dāng)前是我國(guó)基本建設(shè)的高潮時(shí)期,大跨度空間結(jié)構(gòu)的數(shù)量和規(guī)模都是歷史上前所未有，它外形獨(dú)特、體系復(fù)雜,建造技術(shù)高難度,通常也是人員聚集、大型活動(dòng)的場(chǎng)所,其安全性尤為重要。使用NILabVIEW(開發(fā)環(huán)境圖形化編程語言)圖形化編程程式設(shè)計(jì)環(huán)境，與NICompactRIO（工業(yè)級(jí)嵌入測(cè)試系統(tǒng)，嵌入實(shí)時(shí)控制器）硬件硬體平臺(tái)，以設(shè)計(jì)高精確度的SHM（建筑物結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控Structuralhealthmonitoring）系統(tǒng)，并使用GPS精準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集與分析同步化作業(yè)，在建筑物的關(guān)鍵部分實(shí)施在線以監(jiān)控建筑物的關(guān)鍵接點(diǎn)。04現(xiàn)主流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及發(fā)展過程介紹與未來展望第四十五頁(yè)，共60頁(yè)。主流的檢測(cè)系統(tǒng)：1.SeismoCast建筑監(jiān)測(cè)方案。特點(diǎn)：1.可以捕捉建筑物的振動(dòng)信號(hào)，并檢測(cè)到結(jié)構(gòu)特性所發(fā)生的任何突發(fā)轉(zhuǎn)變。無論是地質(zhì)作用，還是人為因素。通過連續(xù)監(jiān)測(cè)特征頻率與阻尼比來診斷整體結(jié)構(gòu)的特征。2此方案提供簡(jiǎn)單即用的安裝、多種I/O選擇，工程師可快速簡(jiǎn)便地重新配置系統(tǒng)以滿足系統(tǒng)的變化要求，它的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)功能可以使得專家在不同地點(diǎn)進(jìn)行觀察研究，加上其高性能及低單位成本等優(yōu)勢(shì).3.多信號(hào)實(shí)時(shí)同步采集（例如：加速度與傾角數(shù)據(jù)采集等）。應(yīng)用:鳥巢與水立方的監(jiān)測(cè)，也就是說適用于空間大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的測(cè)量，尤其是對(duì)振動(dòng)要求嚴(yán)格的場(chǎng)所。第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。主流的檢測(cè)系統(tǒng)：2. 利用傳感器子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析處理子系統(tǒng)等對(duì)建筑的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。解釋：在傳感器方面可以采用精確度較高的光纖光柵傳感器，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的同步實(shí)時(shí)測(cè)量。特點(diǎn)：1. 采用現(xiàn)場(chǎng)分布式的數(shù)據(jù)采集控制站，數(shù)據(jù)采集上實(shí)現(xiàn)了分散。2. 數(shù)據(jù)傳輸上采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)的可靠性。3. 數(shù)據(jù)處理和分析應(yīng)該采用分散式，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。4. 采用方便維修的傳感器布置。第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。主流的檢測(cè)系統(tǒng)：應(yīng)用：1懸索大跨度橋，斜拉大跨度橋2浙江大學(xué)羅堯治教授等在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)單元積累滑移法施工過程中運(yùn)用光纖光柵技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；3同濟(jì)大學(xué)在中國(guó)航海博物館的施工過程中利用EM傳感器對(duì)其索力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；4張紀(jì)剛和張同波在青島體育中心游泳跳水館的復(fù)雜大跨多曲面異形鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的卸載過程中利用振弦式應(yīng)變傳感器和靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；5用于深圳市民中心屋頂空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器子系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)分析子系統(tǒng)組成了其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器子系統(tǒng)有用于測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)變反應(yīng)的光纖傳感器和應(yīng)變片，有用于測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移及其加速度反應(yīng)的加速度傳感器及用于測(cè)量屋頂?shù)娘L(fēng)壓分布的風(fēng)速儀和風(fēng)壓計(jì)，即光纖傳感器、應(yīng)變片、加速度傳感器、風(fēng)速儀和風(fēng)壓計(jì)構(gòu)成了其傳感器子系統(tǒng)。基于結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析子系統(tǒng)可以用于屋頂結(jié)構(gòu)的模型修正、損傷識(shí)別和安全評(píng)定。其中，傳感器子系統(tǒng)是用來測(cè)量屋頂部分的風(fēng)壓及其反應(yīng)，結(jié)構(gòu)分析子系統(tǒng)是用來計(jì)算結(jié)構(gòu)的反應(yīng)并對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)定。它的數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著所有的監(jiān)測(cè)信號(hào)，而其數(shù)據(jù)庫(kù)通過局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。具體工程應(yīng)用監(jiān)測(cè)手段：監(jiān)測(cè)荷載及結(jié)構(gòu)的響應(yīng)系統(tǒng)一：光纖光柵測(cè)試協(xié)調(diào)測(cè)試系統(tǒng)：主要進(jìn)行關(guān)鍵桿件和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變、溫度、振動(dòng)的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)。第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。具體工程應(yīng)用監(jiān)測(cè)手段：系統(tǒng)二：鋼弦儀應(yīng)力測(cè)試及靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)：鋼弦測(cè)試系統(tǒng)主要進(jìn)行關(guān)鍵桿件和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變、溫度的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)；靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)主要是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)期撓度監(jiān)測(cè)。光纖光柵應(yīng)變傳感器具有精度高、敏感度高、可實(shí)現(xiàn)多通道連續(xù)動(dòng)態(tài)同步采集的優(yōu)點(diǎn)。各自優(yōu)點(diǎn)分別是監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期性及準(zhǔn)確性各有所長(zhǎng)，光纖光柵系統(tǒng)技術(shù)含量高，測(cè)量速度快，長(zhǎng)期性好，鋼弦測(cè)試系統(tǒng)及靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)的準(zhǔn)確性更高，且可實(shí)施無線傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控渠道更多。系統(tǒng)三：風(fēng)、風(fēng)荷載與風(fēng)效應(yīng)監(jiān)測(cè)為獲得風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)攻角,采用了三維超聲風(fēng)速儀。等等各類工程為滿足不同的監(jiān)測(cè)需要，不同監(jiān)測(cè)量的獲取常用的具體的監(jiān)測(cè)手段有所不同。第五十頁(yè)，共60頁(yè)。具體工程應(yīng)用監(jiān)測(cè)手段：系統(tǒng)四：索力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)適用于索桁體系大跨度空間結(jié)構(gòu)這類柔性空間結(jié)構(gòu)采用了磁通量法、索頭處布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器法、頻率法三種方式進(jìn)行索力的聯(lián)合監(jiān)測(cè)。磁通量法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)通過非接觸式測(cè)量解決傳感器受力疲勞影響壽命問題；(2)用模擬標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)；(3)可以設(shè)計(jì)成哈弗式，直接在已受力的拉索上制作及安裝，在不影響橋梁運(yùn)營(yíng)的前提下建立索力監(jiān)測(cè)或更換損壞的傳感器。(4)可以實(shí)現(xiàn)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力(有粘結(jié))多截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)。主要缺點(diǎn)是造價(jià)高，不宜大范圍采用；測(cè)試結(jié)果精度受電磁干擾影響較大；且由于采用高壓充放電工作原理，采樣頻率很低，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)快速監(jiān)測(cè)。第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。一、大跨度空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與其他結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的不同（背景）大跨度空間結(jié)構(gòu)大量采用鋼材、膜材、高強(qiáng)鋼束等新型材料。環(huán)境的侵蝕、材料的老化、地基的不均勻沉降和復(fù)雜荷載、疲勞效應(yīng)等因素的耦合作用,將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減,極端情況下引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事件。雖然空間結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu),但空間受力比較復(fù)雜,當(dāng)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位發(fā)生破壞,結(jié)構(gòu)可能會(huì)很快整體破壞。其自身大跨度、大面積分布以及鋼材為主的建筑特征,明顯區(qū)別于橋梁、大壩、石油管道等線性分布的混凝土結(jié)構(gòu)類為主的建筑。第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。二、發(fā)展過程與現(xiàn)狀1. 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)最早起源于航空航天領(lǐng)域，最初的目的主要是進(jìn)行結(jié)構(gòu)的載荷監(jiān)測(cè)。2. 在土木工程領(lǐng)域,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在20世紀(jì)80年代提出,最初主要在橋梁健康監(jiān)測(cè)方面發(fā)展得比較快。3. 從20世紀(jì)90年代中后期至今,世界各國(guó)的土木工程師針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)開展了大量的研究。4. 國(guó)內(nèi)大多數(shù)的建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)主要還局限于施工階段。5. 大跨度空間結(jié)構(gòu)由于起步較晚,故障預(yù)警與安全性評(píng)估技術(shù)才剛剛起步,而由于其自身大跨度、大面積分布以及鋼材為主的建筑特征,明顯區(qū)別于橋梁、大壩、石油管道等線性分布的混凝土結(jié)構(gòu)類為主的建筑,這些結(jié)構(gòu)的故障預(yù)警與安全性評(píng)估技術(shù)不能直接用于大跨度空間結(jié)構(gòu)中來。第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。1.結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制和損傷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力模型研究2.損傷預(yù)測(cè)研究3.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)1.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的耐久性2.數(shù)據(jù)處理技術(shù)3.在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究4.傳感器優(yōu)化布置研究5.發(fā)展基于多學(xué)科交叉的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)ABCDEF三、未來發(fā)展(一)復(fù)雜環(huán)境下大跨度空間結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究(二)大跨度空間結(jié)構(gòu)類型的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段研究第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。(一)、復(fù)雜環(huán)境下大跨度空間結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究1. 結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制和損傷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力模型研究實(shí)際結(jié)構(gòu)損傷數(shù)據(jù)總是不足和有限的,通過大量試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)損傷標(biāo)準(zhǔn)案例昂貴且費(fèi)時(shí),因此為獲得多樣的結(jié)構(gòu)損傷樣例可通過建立損傷結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行數(shù)值仿真。實(shí)際上,怎樣在結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制中引入結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型將是研究的基礎(chǔ)和前提。2. 損傷預(yù)測(cè)研究通過評(píng)估當(dāng)前系統(tǒng)的損傷狀態(tài),估計(jì)系統(tǒng)在可能的荷載環(huán)境下的剩余使用壽命量化3. 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)近些年涌現(xiàn)和積累了許多損傷檢測(cè)方法，但目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一的規(guī)程。對(duì)于特定的大型工程結(jié)構(gòu)也缺乏相應(yīng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件和硬件以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)損傷檢測(cè)與監(jiān)控。第五十五頁(yè)，共60頁(yè)。(二)、大跨度空間結(jié)構(gòu)類型的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段研究1. 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的耐久性包括傳感器的耐久性和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的耐久性。由于結(jié)構(gòu)健