空间结构健康监测技术

本书系统地阐述空间结构健康监测技术，涵盖空间结构健康监测系统原理、健康监测测点布置方法、健康监测数据处理方法、状态评估方法、健康监测物联网技术等主要内容，详细介绍荷载与响应多维传感、大面域网络传输、结构荷载分析、结构响应分析以及结构状态评估等最新研究成果。书中提供了国家体育场、国家速滑馆、北京大兴国际机场、杭州亚运会场馆及铁路站房等典型空间结构工程监测技术应用。

目录
序
前言
第1章绪论1
1.1空间结构健康监测的需求1
1.1.1空间结构的应用和发展1
1.1.2空间结构的监测必要性2
1.2结构健康监测的主要内涵与概念3
1.2.1结构健康监测的主要内涵3
1.2.2结构健康监测的若干概念4
1.3结构健康监测的应用现状5
1.3.1国内外应用基本情况5
1.3.2空间结构领域的应用6
1.4空间结构健康监测的方法12
1.4.1空间结构健康监测特点12
1.4.2空间结构健康监测机制14
1.4.3空间结构健康监测策略15
1.4.4空间结构健康监测工作15
第2章空间结构健康监测系统原理18
2.1概述18
2.2有线传感与无线传感19
2.2.1有线传感19
2.2.2无线传感22
2.3空间结构健康监测系统框架25
2.4传感器子系统26
2.4.1应力应变监测26
2.4.2拉索索力监测31
2.4.3几何变形监测36
2.4.4振动监测46
2.4.5风荷载监测49
2.5数据采集与传输子系统61
2.5.1通信传输技术61
2.5.2无线组网技术63
2.5.3时间同步技术65
2.5.4压缩感知技术70
2.6数据管理子系统77
2.6.1数据预处理77
2.6.2数据挖掘80
2.6.3数据可视化82
2.7健康评估与安全预警子系统86
2.7.1安全预警的基本思想86
2.7.2健康评估的系统设计88
第3章空间结构健康监测测点布置方法95
3.1概述95
3.2测点布置基本概念和研究历史96
3.2.1测点布置基本概念96
3.2.2测点布置研究历史97
3.3基于静力性能的测点布置方法98
3.3.1结构荷载敏感性分析98
3.3.2结构自身敏感性分析101
3.3.3构件重要性分析113
3.4基于动力性能的测点布置方法122
3.4.1测点布置的数学描述122
3.4.2基于模态准则的测点布置123
3.4.3数值算例129
3.5典型空间结构测点布置133
3.5.1网架结构测点布置133
3.5.2网壳结构测点布置134
3.5.3管桁架结构测点布置135
第4章空间结构健康监测数据处理方法138
4.1概述138
4.2数据缺失修复139
4.2.1数据缺失修复方法139
4.2.2多元线性回归修复方法140
4.2.3神经网络修复方法156
4.2.4概率主成分分析修复方法171
4.3数据关联度分析177
4.3.1灰色关联分析原理177
4.3.2灰色关联分析方法177
4.4模态参数识别181
4.4.1模态参数识别方法181
4.4.2简支梁模态识别算例190
4.4.3管桁架结构模态识别算例200
4.5荷载效应分离205
4.5.1荷载效应分离方法205
4.5.2基于贝叶斯动态线性模型的荷载效应分离方法206
4.5.3基于独立成分分析的荷载效应分离方法218
第5章空间结构状态评估方法232
5.1概述232
5.2空间结构异常状态识别232
5.2.1常用结构异常状态识别方法233
5.2.2贝叶斯动态线性模型识别方法235
5.2.3概率主成分分析识别方法241
5.2.4高斯过程回归识别方法246
5.3基于健康监测的空间结构可靠度评估260
5.3.1基本原理260
5.3.2构件状态评价指标260
5.3.3结构体系状态评价指标262
5.3.4算例265
5.4空间结构健康综合评价方法269
5.4.1基本原理269
5.4.2构件性能评价指标272
5.4.3结构性能评价指标278
5.4.4健康状态评价的层次分析法281
5.4.5结构健康状态综合评价方法285
5.4.6算例290
第6章空间结构健康监测物联网技术298
6.1概述298
6.2物联网框架299
6.3空间结构健康监测系统实现301
6.3.1监测系统搭建原则301
6.3.2监测系统整体架构302
6.3.3监测系统网络层设计要点305
6.3.4监测系统应用层设计要点306
6.4云计算技术在空间结构健康监测系统中的应用310
6.4.1云计算机理310
6.4.2云计算任务部署原则311
6.4.3监测数据可视化311
6.4.4事件预警分析316
6.5空间结构监测云平台321
6.5.1监测云设计目标321
6.5.2监测云体系架构322
6.5.3监测云技术实现325
第7章国家体育场监测329
7.1工程概况329
7.1.1工程简介329
7.1.2结构体系组成329
7.2监测内容331
7.3测点布置332
7.4监测系统333
7.4.1无线传感网络333
7.4.2数据处理平台333
7.4.3现场互动展示平台336
7.5数据分析338
7.5.1数据对称性分析338
7.5.2相邻测点应力变化关系分析338
7.5.3悬挑端檐口挠度变化分析338
7.5.4结构温度场分布规律分析339
7.5.5温度作用下结构受力特性分析353
7.5.6屋面风场实测分析368
7.6重大活动保障375
7.6.1大型文艺演出376
7.6.2北京冬季奥运会376
第8章国家速滑馆监测379
8.1工程概况379
8.1.1工程简介379
8.1.2结构体系组成379
8.1.3施工过程381
8.1.4监测重难点381
8.2监测内容383
8.3监测系统386
8.3.1无线传感网络386
8.3.2数据处理平台386
8.3.3远程监控中心387
8.4测点布置388
8.4.1构件荷载敏感性分析388
8.4.2测点布置汇总392
8.5数据分析394
8.5.1施工全过程构件内力数据分析394
8.5.2索网提升和张拉过程环桁架形态变化分析406
8.5.3结构荷载效应分离411
8.5.4结构动力特性分析415
8.5.5结构状态评估分析424
第9章北京大兴国际机场监测433
9.1工程概况433
9.2监测内容434
9.3监测系统436
9.4测点布置437
9.4.1风速风向及风压测点437
9.4.2加速度测点437
9.4.3水位测点437
9.5数据分析439
9.5.1风荷载数据分析439
9.5.2振动数据分析447
9.5.3水位数据分析451
第10章杭州亚运会场馆监测456
10.1概述456
10.2杭州奥体中心体育场监测456
10.2.1工程概况456
10.2.2监测内容459
10.2.3测点布置460
10.2.4无线监测系统468
10.2.5数据分析469
10.3杭州奥体中心网球中心监测486
10.3.1工程概况486
10.3.2监测内容488
10.3.3测点布置488
10.3.4无线监测系统491
10.3.5数据分析491
10.4杭州奥体中心体育馆、游泳馆监测500
10.4.1工程概况500
10.4.2监测内容501
10.4.3测点布置503
10.4.4无线监测系统504
10.4.5数据分析505
10.5杭州体育馆监测518
10.5.1工程概况518
10.5.2监测内容520
10.5.3测点布置520
10.5.4无线监测系统523
10.5.5数据分析524
10.6温州瓯海奥体中心监测528
10.6.1工程概况528
10.6.2监测内容531
10.6.3测点布置532
10.6.4数据分析533
10.7中国轻纺城体育中心体育场监测541
10.7.1工程概况541
10.7.2监测内容544
10.7.3测点布置545
10.7.4无线监测系统547
10.7.5数据分析549
第11章铁路站房监测558
11.1概述558
11.2杭州东站559
11.2.1工程概况559
11.2.2监测内容562
11.2.3测点布置563
11.2.4数据分析569
11.3襄阳东站590
11.3.1工程概况590
11.3.2监测内容592
11.3.3测点布置592
11.3.4数据分析594
11.4雄安站602
11.4.1工程概况602
11.4.2监测内容604
11.4.3监测系统605
11.4.4测点布置607
11.4.5数据分析607
参考文献613