结构健康监测先进技术及理论
定价：￥138.00
作者： 吴智深，张建
出版时间：2026-07
出版社：科学出版社
- 科学出版社
- 9787030429896
- 31
- 2026-07
内容简介
本书从结构健康监测的起源和发展历程、健康监测系统的构成等基本知识讲起，在全面论述结构健康监测理论与工程应用的同时，重点从以下方面介绍了结构健康监测领域的最新进展和成果。一是率先提出了结构区域分布传感理念，即采用长标距传感单元与网络覆盖损伤可能发生的结构关键位置和影响范围，然后进行高精度、动静态、宏微观监测与多层次分析发现结构早期损伤与隐患；二是针对结构区域分布传感的需求，发明了一专多能，充分反映结构动静态、宏微观特性的长标距传感单元构建方法，进一步开发了基于光纤光栅、光纤布里渊散射、碳纤维等区域分布传感器技术，并通过长标距设计、纤维增强封装、抗滑移防脆断锚固、温度自补偿与应变增敏等技术保证其高性能长寿命特征；三是系统论述了仅利用区域分布传感器技术进行结构参数、损伤与荷载全面识别，以及进行结构异常分析预警、性能评价和预测三层次结构健康直接评估的综合成套技术和理论；四是针对工程应用中结构健康监测系统错综复杂难以构建和管理这一难题，针对各类结构特点开发了包含数据采集、传输与存储、数据处理等子系统，实现结构区域分布传感—全面识别—直接评估的全自动化健康监测系统，并从单体结构扩展到不同类型结构群的健康监测系统构建。全面论述了结构健康监测领域的基本知识，并以结构区域分布传感为主线，贯穿于全书系统阐述了结构健康监测领域的先进理念、方法、理论与技术。
目录
目录
前言
第1章概述1
1.1结构健康监测学科的兴起1
1.1.1工程结构的维护管理系统1
1.1.2结构检测技术与管养检查手段11
1.1.3结构健康监测概念16
1.2结构健康监测系统的构成19
1.3结构健康监测的应用效果21
1.3.1结构长寿命周期安全与成本最优21
1.3.2大型复杂结构的安全保障与新型设计方法验证23
1.3.3结构管养的自动化和智能化23
1.3.4受灾结构的信息收集与快速评估25
1.4结构健康监测研究现状及面临挑战26
第2章土木工程结构检测及监测传感技术34
2.1工程结构维护管理中的无损检测技术34
2.1.1混凝土结构中检测方法34
2.1.2钢结构中的检测方法41
2.1.3隧道中的检测42
2.1.4高速公路中的检测43
2.2工程结构监测传感技术44
2.2.1应变传感技术45
2.2.2加速度传感技术67
2.2.3位移传感技术72
2.2.4温度传感技术76
2.2.5动态图像解析监测技术77
2.2.6混凝土劣化监测技术79
2.2.7其他传感技术80
第3章结构区域分布传感理念与长标距传感技术84
3.1结构区域分布传感理念84
3.1.1结构区域分布传感理念84
3.1.2结构区域分布传感网络构建87
3.1.3钢筋混凝土梁的区域传感示例91
3.1.4苏通大桥辅助航道桥区域传感示例93
3.1.5城市结构群的区域分布传感概念94
3.2长标距光纤传感技术97
3.2.1长标距光纤传感概况97
3.2.2长标距光纤传感器的设计与安装方法101
3.2.3长标距光纤传感器的增敏技术107
3.2.4长标距光纤传感器的耐久性111
3.3长标距碳纤维应变传感技术119
3.3.1碳纤维应变传感器的横向效应119
3.3.2长标距碳纤维应变传感器121
3.3.3静态测试性能125
3.3.4动态测试性能127
3.3.5长期性能128
3.4自传感FRP构件129
3.4.1自传感FRP构件的制备130
3.4.2应变传感性能131
3.4.3力学性能133
3.4.4自传感筋的应用方法136
第4章基于监测数据的结构状态参数与损伤识别144
4.1挠度和转角识别144
4.1.1加速度积分法144
4.1.2应变积分法145
4.1.3共轭梁法146
4.1.4复杂应力状态下结构挠度反演155
4.2应变模态分析理论158
4.2.1点式应变模态理论158
4.2.2长标距应变（宏应变）模态理论160
4.2.3位移模态与长标距应变模态相互转换167
4.3结构性能退化识别170
4.3.1结构裂缝监测和宽度识别171
4.3.2基于应变比值的结构损伤识别方法177
4.3.3基于加速度模态的损伤识别方法179
4.3.4基于长标距应变模态的损伤识别方法184
4.3.5基于长标距应变模态向量的损伤指纹186
4.3.6结构中和轴高度变化识别193
4.3.7结构支座变化识别196
4.3.8移动荷载下结构损伤识别198
4.3.9基于区域分布传感的二阶段损伤识别201
4.4荷载识别206
4.5结构模型修正217
4.5.1有限元模型修正的一般过程217
4.5.2基于区域分布传感的结构模型修正219
4.6基于纤维模型有限元分析的结构状态参数及损伤识别228
4.6.1分析原理228
4.6.2单元的结构状态参数识别229
4.6.3针对损伤状态的结构分析236
4.7美国某钢-混凝土组合梁桥应用实例240
4.7.1长标距光纤传感布设243
4.7.2现场测试与结构识别244
4.8日本某预应力箱梁桥的应用实例249
4.8.1长标距光纤应变监测方案251
4.8.2定期车载试验的结果253
4.8.3桥体损伤的结果259
第5章结构性能评估方法264
5.1结构性能评估概述及国内外研究现状264
5.1.1性能评估方法概述264
5.1.2中国桥梁性能评估相关规范研究现状265
5.1.3美国桥梁性能评估相关规范研究现状270
5.1.4日本桥梁性能评估相关规范研究现状276
5.1.5其他国家桥梁性能评估相关规范研究现状281
5.1.6中国隧道性能评估相关规范研究现状282
5.1.7性能评估发展趋势284
5.1.8结构健康监测的规范化进程287
5.1.9结构区域分布传感方法与理论在规范方法中的应用288
5.2基于区域分布传感的三层次结构性能评估方法289
5.2.1方法概述289
5.2.2第一层次——结构异常分析与功能预警291
5.2.3第二层次——结构深层次性能评估方法295
5.2.4第三层次——结构性能寿命预测299
5.3中小桥梁快速测试与评估306
5.3.1基于长标距传感器和区域分布传感技术的桥梁快速评估306
5.3.2基于冲击振动的结构快速评估310
第6章基于结构（群）区域分布传感的结构健康监测系统315
6.1结构健康监测系统概述315
6.1.1系统的组成架构315
6.1.2系统监测对象和监测内容317
6.1.3结构健康监测系统分类321
6.1.4系统的一般构建流程322
6.1.5基于物联网技术的结构群健康监测系统326
6.2数据子系统的设计和实施332
6.2.1数据子系统的构成332
6.2.2数据的采集333
6.2.3数据的预处理339
6.2.4数据的传输（通信）341
6.2.5数据存储管理349
6.2.6数据子系统的实施351
6.3结构分析子系统的设计与实施352
6.3.1结构分析子系统的软件设计352
6.3.2结构分析软件工作机制（子模块设计实施）356
6.4隧道健康监测系统设计与实施360
6.4.1监测系统总体设计思路360
6.4.2某盾构隧道监测系统示例363
6.4.3隧道运营初期监测数据及分析366
6.5苏通大桥监测实例369
6.5.1传感子系统369
6.5.2数据采集、传输、存储子系统371
6.5.3数据预处理子系统372
6.5.4结构（数据）分析子系统375
6.5.5结构评估子系统377
6.5.6结构管养决策子系统（结果发布）378
6.6结构群健康监测物联网监测实例379
参考文献386
前言
第1章概述1
1.1结构健康监测学科的兴起1
1.1.1工程结构的维护管理系统1
1.1.2结构检测技术与管养检查手段11
1.1.3结构健康监测概念16
1.2结构健康监测系统的构成19
1.3结构健康监测的应用效果21
1.3.1结构长寿命周期安全与成本最优21
1.3.2大型复杂结构的安全保障与新型设计方法验证23
1.3.3结构管养的自动化和智能化23
1.3.4受灾结构的信息收集与快速评估25
1.4结构健康监测研究现状及面临挑战26
第2章土木工程结构检测及监测传感技术34
2.1工程结构维护管理中的无损检测技术34
2.1.1混凝土结构中检测方法34
2.1.2钢结构中的检测方法41
2.1.3隧道中的检测42
2.1.4高速公路中的检测43
2.2工程结构监测传感技术44
2.2.1应变传感技术45
2.2.2加速度传感技术67
2.2.3位移传感技术72
2.2.4温度传感技术76
2.2.5动态图像解析监测技术77
2.2.6混凝土劣化监测技术79
2.2.7其他传感技术80
第3章结构区域分布传感理念与长标距传感技术84
3.1结构区域分布传感理念84
3.1.1结构区域分布传感理念84
3.1.2结构区域分布传感网络构建87
3.1.3钢筋混凝土梁的区域传感示例91
3.1.4苏通大桥辅助航道桥区域传感示例93
3.1.5城市结构群的区域分布传感概念94
3.2长标距光纤传感技术97
3.2.1长标距光纤传感概况97
3.2.2长标距光纤传感器的设计与安装方法101
3.2.3长标距光纤传感器的增敏技术107
3.2.4长标距光纤传感器的耐久性111
3.3长标距碳纤维应变传感技术119
3.3.1碳纤维应变传感器的横向效应119
3.3.2长标距碳纤维应变传感器121
3.3.3静态测试性能125
3.3.4动态测试性能127
3.3.5长期性能128
3.4自传感FRP构件129
3.4.1自传感FRP构件的制备130
3.4.2应变传感性能131
3.4.3力学性能133
3.4.4自传感筋的应用方法136
第4章基于监测数据的结构状态参数与损伤识别144
4.1挠度和转角识别144
4.1.1加速度积分法144
4.1.2应变积分法145
4.1.3共轭梁法146
4.1.4复杂应力状态下结构挠度反演155
4.2应变模态分析理论158
4.2.1点式应变模态理论158
4.2.2长标距应变（宏应变）模态理论160
4.2.3位移模态与长标距应变模态相互转换167
4.3结构性能退化识别170
4.3.1结构裂缝监测和宽度识别171
4.3.2基于应变比值的结构损伤识别方法177
4.3.3基于加速度模态的损伤识别方法179
4.3.4基于长标距应变模态的损伤识别方法184
4.3.5基于长标距应变模态向量的损伤指纹186
4.3.6结构中和轴高度变化识别193
4.3.7结构支座变化识别196
4.3.8移动荷载下结构损伤识别198
4.3.9基于区域分布传感的二阶段损伤识别201
4.4荷载识别206
4.5结构模型修正217
4.5.1有限元模型修正的一般过程217
4.5.2基于区域分布传感的结构模型修正219
4.6基于纤维模型有限元分析的结构状态参数及损伤识别228
4.6.1分析原理228
4.6.2单元的结构状态参数识别229
4.6.3针对损伤状态的结构分析236
4.7美国某钢-混凝土组合梁桥应用实例240
4.7.1长标距光纤传感布设243
4.7.2现场测试与结构识别244
4.8日本某预应力箱梁桥的应用实例249
4.8.1长标距光纤应变监测方案251
4.8.2定期车载试验的结果253
4.8.3桥体损伤的结果259
第5章结构性能评估方法264
5.1结构性能评估概述及国内外研究现状264
5.1.1性能评估方法概述264
5.1.2中国桥梁性能评估相关规范研究现状265
5.1.3美国桥梁性能评估相关规范研究现状270
5.1.4日本桥梁性能评估相关规范研究现状276
5.1.5其他国家桥梁性能评估相关规范研究现状281
5.1.6中国隧道性能评估相关规范研究现状282
5.1.7性能评估发展趋势284
5.1.8结构健康监测的规范化进程287
5.1.9结构区域分布传感方法与理论在规范方法中的应用288
5.2基于区域分布传感的三层次结构性能评估方法289
5.2.1方法概述289
5.2.2第一层次——结构异常分析与功能预警291
5.2.3第二层次——结构深层次性能评估方法295
5.2.4第三层次——结构性能寿命预测299
5.3中小桥梁快速测试与评估306
5.3.1基于长标距传感器和区域分布传感技术的桥梁快速评估306
5.3.2基于冲击振动的结构快速评估310
第6章基于结构（群）区域分布传感的结构健康监测系统315
6.1结构健康监测系统概述315
6.1.1系统的组成架构315
6.1.2系统监测对象和监测内容317
6.1.3结构健康监测系统分类321
6.1.4系统的一般构建流程322
6.1.5基于物联网技术的结构群健康监测系统326
6.2数据子系统的设计和实施332
6.2.1数据子系统的构成332
6.2.2数据的采集333
6.2.3数据的预处理339
6.2.4数据的传输（通信）341
6.2.5数据存储管理349
6.2.6数据子系统的实施351
6.3结构分析子系统的设计与实施352
6.3.1结构分析子系统的软件设计352
6.3.2结构分析软件工作机制（子模块设计实施）356
6.4隧道健康监测系统设计与实施360
6.4.1监测系统总体设计思路360
6.4.2某盾构隧道监测系统示例363
6.4.3隧道运营初期监测数据及分析366
6.5苏通大桥监测实例369
6.5.1传感子系统369
6.5.2数据采集、传输、存储子系统371
6.5.3数据预处理子系统372
6.5.4结构（数据）分析子系统375
6.5.5结构评估子系统377
6.5.6结构管养决策子系统（结果发布）378
6.6结构群健康监测物联网监测实例379
参考文献386
