結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是土木工程領(lǐng)域近幾十年伴隨先進傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)而蓬勃發(fā)展起來的全新學科分支，其科學內(nèi)涵是在線把握“原型結(jié)構(gòu)”的真實狀態(tài)，并為智慧管養(yǎng)提供決策支持。因健康監(jiān)測具有實時采集外部環(huán)境荷載、在線把握結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征、識別結(jié)構(gòu)可能損傷形式、揭示結(jié)構(gòu)倒塌破壞機理、優(yōu)化結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護計劃、驗證發(fā)展既有設(shè)計理論這六項獨特優(yōu)勢，而被與理論分析、數(shù)值仿真和模型試驗并譽為土木工程學科發(fā)展的“四輪驅(qū)動”。

本書面向土木工程新工科“智能建造”專業(yè)課程體系建設(shè)的需求，系統(tǒng)闡述了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和最新進展。內(nèi)容涵蓋：緒論，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、實施與維護，傳感器選型與優(yōu)化布設(shè)，荷載作用與環(huán)境監(jiān)測，結(jié)構(gòu)響應(yīng)、變形與耐久性監(jiān)測，數(shù)據(jù)同步采集、傳輸和存儲，監(jiān)測大數(shù)據(jù)預(yù)處理，監(jiān)測大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別，結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別，結(jié)構(gòu)有限元模型修正，結(jié)構(gòu)損傷識別，結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估與預(yù)警，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測典型案例。本書可供相關(guān)專業(yè)科研人員和工程技術(shù)人員參考，亦可作為高等院校土建類專業(yè)研究生和高年級本科生閱讀。 [1]

第1章 緒論

1.1 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的起源和發(fā)展

1.1.1 產(chǎn)生背景

1.1.2 發(fā)展歷程

1.2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)組成和分類

1.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.2 監(jiān)測分類

1.3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究對象

1.4 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的科學和工程意義

1.5 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的發(fā)展趨勢

思考題

參考文獻

第2章 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、實施與維護

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 設(shè)計原則

2.1.2 總體設(shè)計

2.1.3 詳細設(shè)計

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)實施

2.2.1 硬件設(shè)備安裝

2.2.2 軟件開發(fā)與部署

2.2.3 系統(tǒng)調(diào)試與試運行

2.2.4 采集子站和監(jiān)控中心的安裝與配置

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)維護

2.3.1 日常管理

2.3.2 定期檢查與維護

2.3.3 異常處置

思考題

參考文獻

第3章 傳感器選型與優(yōu)化布設(shè)

3.1 傳感器基本分類

3.1.1 按照測量對象分類

3.1.2 按照傳輸方式分類

3.1.3 按照傳感方式分類

3.1.4 按照測量原理分類

3.2 傳感器選型原則

3.3 傳感器優(yōu)化布設(shè)基本概念

3.3.1 力學原理

3.3.2 基本流程

3.4 傳感器優(yōu)化布設(shè)評價準則

3.4.1 基于振動響應(yīng)強度的評價準則

3.4.2 基于參數(shù)識別誤差的評價準則

3.4.3 基于模態(tài)重構(gòu)效果的評價準則

3.4.4 無線傳感器優(yōu)化布設(shè)評價準則

3.4.5 其他優(yōu)化布設(shè)評價準則

3.5 傳感器優(yōu)化布設(shè)求解方法

3.5.1 確定性求解方法

3.5.2 隨機類求解方法

3.6 傳感器優(yōu)化布設(shè)軟件集成

思考題

參考文獻

第4章 荷載作用與環(huán)境監(jiān)測

4.1 風荷載監(jiān)測

4.1.1 風速和風向監(jiān)測

4.1.2 風壓監(jiān)測

4.2 地震動監(jiān)測

4.3 車輛荷載監(jiān)測

4.4 環(huán)境因素監(jiān)測

4.4.1 環(huán)境溫濕度監(jiān)測

4.4.2 降雨量監(jiān)測

思考題

參考文獻

第5章 結(jié)構(gòu)響應(yīng)、變形與耐久性監(jiān)測

5.1 結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測

5.1.1 加速度監(jiān)測

5.1.2 應(yīng)變監(jiān)測

5.2 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

5.2.1 位移計

5.2.2 測斜儀

5.2.3 連通管

5.2.4 GPS

5.2.5 高精度全自動全站儀

5.2.6 沉降儀

5.3 結(jié)構(gòu)耐久性監(jiān)測

5.3.1 混凝土構(gòu)件耐久性監(jiān)測

5.3.2 鋼制部件耐久性監(jiān)測

思考題

參考文獻

第6章 數(shù)據(jù)同步采集、傳輸和存儲

6.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)同步采集

6.1.1 基本概念

6.1.2 采集系統(tǒng)技術(shù)要求

6.1.3 采集系統(tǒng)組成

6.1.4 采集系統(tǒng)分類

6.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸

6.2.1 數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

6.2.2 數(shù)據(jù)通信協(xié)議

6.2.3 無線傳輸技術(shù)

6.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲

6.3.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

6.3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

思考題

參考文獻

第7章 監(jiān)測大數(shù)據(jù)預(yù)處理

7.1 典型異常監(jiān)測數(shù)據(jù)類型

7.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)處理

7.3 監(jiān)測大數(shù)據(jù)異常診斷

7.4 異常(錯誤) 數(shù)據(jù)恢復(fù)

7.4.1 基于壓縮感知群稀疏優(yōu)化的錯誤數(shù)據(jù)恢復(fù)方法

7.4.2 基于監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性的缺損數(shù)據(jù)填補方法

思考題

參考文獻

第8章 監(jiān)測大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

8.1 基本統(tǒng)計分析

8.1.1 集中趨勢

8.1.2 離散程度

8.2 概率密度函數(shù)估計

8.2.1 正態(tài)分布

8.2.2 高斯混合模型

8.2.3 核密度估計

8.3 極值分析

8.3.1 區(qū)間極值法

8.3.2 過閾法

8.3.3 平均條件穿越率法

8.4 相關(guān)性分析

8.4.1 皮爾遜相關(guān)性分析

8.4.2 典型相關(guān)性分析

8.5 回歸分析

8.5.1 線性回歸

8.5.2 非線性回歸

思考題

參考文獻

第9章 結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別

9.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別內(nèi)涵

9.1.1 結(jié)構(gòu)動力學三類問題

9.1.2 參數(shù)識別基本過程

9.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別方法分類

9.2.1 時域識別方法

9.2.2 時域動力復(fù)合反演方法

9.2.3 頻域識別方法

9.3 時域信號重構(gòu)

9.3.1 時域算法

9.3.2 頻域算法

9.3.3 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角信息重構(gòu)

9.4 物理參數(shù)時域識別經(jīng)典算法

9.4.1 時域識別法概述

9.4.2 時域識別最小二乘法

9.5 動力復(fù)合反演方法

9.5.1 方法概述

9.5.2 分解算法

9.6 物理參數(shù)頻域識別經(jīng)典算法

9.6.1 頻域識別法概述

9.6.2 靈敏度分析方法

9.7 考慮系統(tǒng)不確定性的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別

9.7.1 貝葉斯定理

9.7.2 基于貝葉斯理論與有限元模型的物理參數(shù)直接識別

9.7.3 利用抽樣算法進行間接求解

思考題

參考文獻

第10章 結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別

10.1 模態(tài)參數(shù)識別基本方法

10.1.1 頻域分解法

10.1.2 隨機子空間法

10.1.3 特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法

10.1.4 其他模態(tài)參數(shù)識別方法

10.2 時變模態(tài)參數(shù)識別方法

10.2.1 基于自然激勵技術(shù)– 特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法的慢變模態(tài)參數(shù)識別

10.2.2 基于小波變換的快變模態(tài)參數(shù)識別

10.2.3 基于變分模態(tài)分解– 希爾伯特變換的瞬變模態(tài)參數(shù)識別

10.2.4 其他時變模態(tài)參數(shù)識別方法

思考題

參考文獻

第11章 結(jié)構(gòu)有限元模型修正

11.1 有限元模型修正基礎(chǔ)理論

11.1.1 有限元建模及動力測試

11.1.2 模型縮聚與擴階

11.1.3 相關(guān)性判斷準則

11.1.4 有限元模型修正過程

11.2 有限元模型修正方法

11.2.1 修正方法分類

11.2.2 確定性模型修正方法

11.2.3 隨機性模型修正方法

11.3 基于頻域子結(jié)構(gòu)技術(shù)的有限元模型修正

11.3.1 基于子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征解快速算法

11.3.2 基于子結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征解靈敏度快速算法

11.3.3 基于子結(jié)構(gòu)的有限元模型修正過程

11.4 基于時域動力響應(yīng)靈敏度的有限元模型修正

11.4.1 基于動力響應(yīng)靈敏度的反問題及其求解

11.4.2 有限元模型修正過程

思考題

參考文獻

第12章 結(jié)構(gòu)損傷識別

12.1 損傷識別層次劃分

12.2 損傷識別方法分類

12.3 基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的損傷識別

12.3.1 頻域法

12.3.2 時域法

12.4 基于模型修正的損傷識別

思考題

參考文獻

第13章 結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估與預(yù)警

13.1 結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估內(nèi)涵

13.1.1 安全性評估

13.1.2 耐久性評估

13.1.3 疲勞性能評估

13.2 結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估常用方法

13.2.1 層次分析法

13.2.2 基于時變可靠性理論的評估方法

13.2.3 模糊綜合評判法

13.3 結(jié)構(gòu)安全預(yù)警

13.3.1 預(yù)警的一般原則

13.3.2 預(yù)警功能構(gòu)成和指標選定

13.3.3 預(yù)警閾值設(shè)置

13.3.4 預(yù)警方式

思考題

參考文獻

第14章 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測典型案例

14.1 大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.1.1 橋梁結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.1.2 香港青馬大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.2 高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.2.2 廣州塔結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.3 大跨空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.3.1 空間結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.3.2 國家體育場無線傳感健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.4 古建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.4.1 古建筑結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.4.2 藏式古建筑木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.5 風機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.5.1 風機結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.5.2 風機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.6 大壩結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.6.1 大壩結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.6.2 大壩結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.7 海洋平臺結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.7.1 海洋平臺結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.7.2 海洋平臺結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

14.8 地鐵隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

14.8.1 地鐵隧道結(jié)構(gòu)特點及監(jiān)測內(nèi)容

14.8.2 地鐵隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)簡介

思考題

參考文獻

附錄1 信號處理基礎(chǔ)理論

附錄2 模態(tài)分析基礎(chǔ)理論

附錄3 貝葉斯基礎(chǔ)理論

附錄4 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測基準模型

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