結構健康監測是土木工程領域近幾十年伴隨先進感測、物聯網、大數據、人工智慧等新一代信息技術而蓬勃發展起來的全新學科分支，其科學內涵是線上把握“原型結構”的真實狀態，並為智慧管養提供決策支持。因健康監測具有實時採集外部環境荷載、線上把握結構回響特徵、識別結構可能損傷形式、揭示結構倒塌破壞機理、最佳化結構維修養護計畫、驗證發展既有設計理論這六項獨特優勢，而被與理論分析、數值仿真和模型試驗並譽為土木工程學科發展的“四輪驅動”。
基本介紹
- 中文名：結構健康監測教程
- 作者：伊廷華（主編）
- 類別：科技
- 出版社：高等教育出版社
- 出版時間：2021年3月1日
- 頁數：552 頁
- 定價：129 元
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝-膠訂
- ISBN：9787040553703
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書面向土木工程新工科“智慧型建造”專業課程體系建設的需求，系統闡述了結構健康監測領域的基礎知識和最新進展。內容涵蓋：緒論，監測系統設計、實施與維護，感測器選型與最佳化布設，荷載作用與環境監測，結構回響、變形與耐久性監測，數據同步採集、傳輸和存儲，監測大數據預處理，監測大數據統計分析，結構物理參數識別，結構模態參數識別，結構有限元模型修正，結構損傷識別，結構狀態評估與預警，結構健康監測典型案例。本書可供相關專業科研人員和工程技術人員參考，亦可作為高等院校土建類專業研究生和高年級本科生閱讀。
目錄
第1章 緒論
1.1 結構健康監測的起源和發展
1.1.1 產生背景
1.1.2 發展歷程
1.2 結構健康監測系統組成和分類
1.2.1 系統構成
1.2.2 監測分類
1.3 結構健康監測的研究對象
1.4 結構健康監測的科學和工程意義
1.5 結構健康監測的發展趨勢
思考題
參考文獻
第2章 監測系統設計、實施與維護
2.1 監測系統設計
2.1.1 設計原則
2.1.2 總體設計
2.1.3 詳細設計
2.2 監測系統實施
2.2.1 硬體設備安裝
2.2.2 軟體開發與部署
2.2.3 系統調試與試運行
2.2.4 採集子站和監控中心的安裝與配置
2.3 監測系統維護
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 感測器選型與最佳化布設
3.1 感測器基本分類
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 按照感測方式分類
3.1.4 按照測量原理分類
3.2 感測器選型原則
3.3 感測器最佳化布設基本概念
3.3.1 力學原理
3.3.2 基本流程
3.4 感測器最佳化布設評價準則
3.4.1 基於振動回響強度的評價準則
3.4.2 基於參數識別誤差的評價準則
3.4.3 基於模態重構效果的評價準則
3.4.4 無線感測器最佳化布設評價準則
3.4.5 其他最佳化布設評價準則
3.5 感測器最佳化布設求解方法
3.5.1 確定性求解方法
3.5.2 隨機類求解方法
3.6 感測器最佳化布設軟體集成
思考題
參考文獻
第4章 荷載作用與環境監測
4.1 風荷載監測
4.1.1 風速和風向監測
4.1.2 風壓監測
4.2 地震動監測
4.3 車輛荷載監測
4.4 環境因素監測
4.4.1 環境溫濕度監測
4.4.2 降雨量監測
思考題
參考文獻
第5章 結構回響、變形與耐久性監測
5.1 結構回響監測
5.1.1 加速度監測
5.1.2 應變監測
5.2 結構變形監測
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 結構耐久性監測
5.3.1 混凝土構件耐久性監測
5.3.2 鋼製部件耐久性監測
思考題
參考文獻
第6章 數據同步採集、傳輸和存儲
6.1 監測數據同步採集
6.1.1 基本概念
6.1.2 採集系統技術要求
6.1.3 採集系統組成
6.1.4 採集系統分類
6.2 監測數據傳輸
6.2.1 數據傳輸介質
6.2.2 數據通信協定
6.2.3 無線傳輸技術
6.3 監測數據存儲
6.3.1 資料庫系統
6.3.2 資料庫設計
思考題
參考文獻
第7章 監測大數據預處理
7.1 典型異常監測數據類型
7.2 監測數據的噪聲預處理
7.3 監測大數據異常診斷
7.4 異常(錯誤) 數據恢復
7.4.1 基於壓縮感知群稀疏最佳化的錯誤數據恢複方法
7.4.2 基於監測數據相關性的缺損數據填補方法
思考題
參考文獻
第8章 監測大數據統計分析
8.1 基本統計分析
8.1.1 集中趨勢
8.1.2 離散程度
8.2 機率密度函式估計
8.2.1 常態分配
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 相關性分析
8.4.1 皮爾遜相關性分析
8.4.2 典型相關性分析
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 結構物理參數識別
9.1 結構系統識別內涵
9.1.1 結構動力學三類問題
9.1.2 參數識別基本過程
9.2 結構系統識別方法分類
9.2.1 時域識別方法
9.2.2 時域動力複合反演方法
9.2.3 頻域識別方法
9.3 時域信號重構
9.3.1 時域算法
9.3.2 頻域算法
9.3.3 結構轉角信息重構
9.4 物理參數時域識別經典算法
9.4.1 時域識別法概述
9.4.2 時域識別最小二乘法
9.5 動力複合反演方法
9.5.1 方法概述
9.5.2 分解算法
9.6 物理參數頻域識別經典算法
9.6.1 頻域識別法概述
9.6.2 靈敏度分析方法
9.7 考慮系統不確定性的結構物理參數識別
9.7.1 貝葉斯定理
9.7.2 基於貝葉斯理論與有限元模型的物理參數直接識別
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 結構模態參數識別
10.1 模態參數識別基本方法
10.1.1 頻域分解法
10.1.2 隨機子空間法
10.1.3 特徵系統實現算法
10.1.4 其他模態參數識別方法
10.2 時變模態參數識別方法
10.2.1 基於自然激勵技術– 特徵系統實現算法的慢變模態參數識別
10.2.2 基於小波變換的快變模態參數識別
10.2.3 基於變分模態分解– 希爾伯特變換的瞬變模態參數識別
10.2.4 其他時變模態參數識別方法
思考題
參考文獻
第11章 結構有限元模型修正
11.1 有限元模型修正基礎理論
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 基於頻域子結構技術的有限元模型修正
11.3.1 基於子結構的結構特徵解快速算法
11.3.2 基於子結構的結構特徵解靈敏度快速算法
11.3.3 基於子結構的有限元模型修正過程
11.4 基於時域動力回響靈敏度的有限元模型修正
11.4.1 基於動力回響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 結構損傷識別
12.1 損傷識別層次劃分
12.2 損傷識別方法分類
12.3 基於監測數據的損傷識別
12.3.1 頻域法
12.3.2 時域法
12.4 基於模型修正的損傷識別
思考題
參考文獻
第13章 結構狀態評估與預警
13.1 結構狀態評估內涵
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 結構狀態評估常用方法
13.2.1 層次分析法
13.2.2 基於時變可靠性理論的評估方法
13.2.3 模糊綜合評判法
13.3 結構安全預警
13.3.1 預警的一般原則
13.3.2 預警功能構成和指標選定
13.3.3 預警閾值設定
13.3.4 預警方式
思考題
參考文獻
第14章 結構健康監測典型案例
14.1 大跨度橋樑結構健康監測
14.1.1 橋樑結構特點及監測內容
14.1.2 香港青馬大橋結構健康監測系統簡介
14.2 高層建築結構健康監測
14.2.1 高層建築結構特點及監測內容
14.2.2 廣州塔結構健康監測系統簡介
14.3 大跨空間結構健康監測
14.3.1 空間結構特點及監測內容
14.3.2 國家體育場無線感測健康監測系統簡介
14.4 古建築結構健康監測
14.4.1 古建築結構特點及監測內容
14.4.2 藏式古建築木結構健康監測系統簡介
14.5 風機結構健康監測
14.5.1 風機結構特點及監測內容
14.5.2 風機結構健康監測系統簡介
14.6 大壩結構健康監測
14.6.1 大壩結構特點及監測內容
14.6.2 大壩結構健康監測系統簡介
14.7 海洋平台結構健康監測
14.7.1 海洋平台結構特點及監測內容
14.7.2 海洋平台結構健康監測系統簡介
14.8 捷運隧道結構健康監測
14.8.1 捷運隧道結構特點及監測內容
14.8.2 捷運隧道結構健康監測系統簡介
思考題
參考文獻
附錄1 信號處理基礎理論
附錄2 模態分析基礎理論
附錄3 貝葉斯基礎理論
附錄4 結構健康監測基準模型
