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第1章 结构健康监测概述1

1.1 结构健康监测系统及其发展1

1.2 健康监测系统的功能与目的4

1.3 结构健康监测的内容5

1.4 监测系统的组成与结构7

1.4.1 系统结构7

1.4.2 传感器系统7

1.4.3 数据采集与传输系统8

1.4.4 数据处理与控制系统9

1.4.5 结构健康诊断评价系统9

1.5 监测系统设计原则与方法10

1.5.1 系统设计原则10

1.5.2 系统设计方法11

1.6 监测系统实例：胶州湾大桥12

1.6.1 传感器布置12

1.6.2 系统总体功能框架17

参考文献18

第2章 结构监测信号分析20

2.1 信号采样与滤波20

2.1.1 信号采样20

2.1.2 信噪比与滤波21

2.2 信号的平稳性和各态历经性22

2.2.1 信号的平稳性22

2.2.2 信号的各态历经性23

2.3 傅里叶变换24

2.3.1 连续傅里叶变换24

2.3.2 离散傅里叶变换25

2.4 信号的功率谱估计26

2.4.1 功率谱的概念26

2.4.2 离散信号功率谱的计算27

2.5 非平稳信号29

2.6 小波变换31

2.6.1 小波变换的定义31

2.6.2 常用的小波函数32

2.7 Hilbert-Huang变换35

2.7.1 固有模态与瞬时频率35

2.7.2 经验模态分解法与HHT变换36

参考文献40

第3章 车辆荷载的监测分析41

3.1 车辆荷载的监测41

3.1.1 路面动态称重系统41

3.1.2 桥梁动态称重系统（B-WIM）44

3.2 汽车荷载与车型分类47

3.3 基于WIM监测的车辆统计分析49

3.3.1 车重的统计分析49

3.3.2 车间距的统计分析52

3.3.3 车重车速联合分布52

参考文献54

第4章 温度荷载的监测分析57

4.1 温度作用与监测57

4.1.1 温度作用57

4.1.2 温度监测58

4.2 基于监测的年温度分析59

4.2.1 基本气温59

4.2.2 气温分布与极值60

4.2.3 斜拉桥结构年温度与极值63

4.3 基于监测的日照温度分析65

4.3.1 日照温度场65

4.3.2 钢箱梁日照温度67

4.4 基于监测的钢箱梁截面温差分析69

4.4.1 温差的时空特征69

4.4.2 温差的分布与极值70

4.4.3 骤然降温72

参考文献73

第5章 风荷载的监测分析74

5.1 风的作用与监测74

5.1.1 风对桥梁的作用74

5.1.2 风的监测76

5.2 风速风向分析77

5.2.1 平均风与脉动风77

5.2.2 风速风向分布79

5.3 基于监测的台风脉动特性分析81

5.3.1 湍流度81

5.3.2 阵风系数82

5.3.3 湍流积分尺度84

5.3.4 功率谱密度87

参考文献91

第6章 混凝土结构耐久性监测93

6.1 腐蚀原理93

6.2 耐久性监测技术94

6.2.1 半电池电位法94

6.2.2 线性极化法97

6.2.3 腐蚀评价准则98

6.3 耐久性监测应用概况与实例100

6.3.1 应用概况100

6.3.2 跨海桥梁应用实例100

6.4 梯形阳极系统的试验研究104

6.4.1 试验研究概况与目的104

6.4.2 试验方案设计105

6.4.3 试验结果与分析107

参考文献111

第7章 动态特性及其变异性分析112

7.1 概述112

7.2 运营条件下动态特性的变异性114

7.2.1 温度的影响114

7.2.2 风与车辆的影响118

7.3 斜拉桥的模态特征分析120

7.3.1 斜拉桥模态的基本特征120

7.3.2 斜拉索的局部振动与影响124

7.3.3 梁/塔与斜拉索的耦合作用126

7.4 悬索桥的模态特征128

参考文献130

第8章 索力的监测分析与评价131

8.1 索力的监测131

8.1.1 振动法131

8.1.2 磁通量法132

8.1.3 压力法134

8.2 运营索力的影响因素分析136

8.2.1 运营索力的基本特征136

8.2.2 运营索力的随机干扰特性139

8.3 基于监测的索力与温度关系分析142

8.3.1 全年索力与温度的关系142

8.3.2 单日索力与温度的关系144

8.4 整体索力评价方法概述145

8.4.1 灰色关联分析145

8.4.2 变权综合原理147

8.4.3 灰色关联与变权综合法的应用148

8.4.4 其他方法149

8.4.5 索力评价分析实例150

8.5 基于统计分析的索力评价153

8.5.1 索力分布特性153

8.5.2 标准索力及其分布特性154

8.5.3 标准索力个别值抽样检验155

8.5.4 标准索力分布检验与评价157

参考文献160

第9章 应变与变形的监测分析与评价162

9.1 应变与变形监测162

9.1.1 应变监测162

9.1.2 变形监测163

9.2 基于监测的应变与温度关系分析168

9.2.1 监测应变的基本特征168

9.2.2 全年应变与温度的关系170

9.2.3 日照温度对监测应变的影响171

9.2.4 标准应变及其分布特性173

9.3 基于应变监测的荷载识别174

9.3.1 结构概况与模型174

9.3.2 基于应变的模型修正175

9.3.3 施工阶段的荷载识别177

9.4 应变/应力监测在疲劳评估中的应用179

参考文献180

第10章 面向监测与评价的桥梁动态响应模拟183

10.1 概述183

10.2 动力分析的数值方法简介184

10.2.1 动力学数值方法概述184

10.2.2 几种常用的直接积分法184

10.3 车桥耦合分析方法189

10.3.1 车辆模型189

10.3.2 桥面不平度190

10.3.3 车桥耦合方程及求解方法191

10.4 拱桥吊杆体系的车桥耦合响应分析193

10.4.1 吊杆体系的破坏特征193

10.4.2 车桥耦合振动模型及校正194

10.4.3 吊杆的冲击效应分析195

10.4.4 吊杆的弯曲效应分析197

10.4.5 匀变速车辆下吊杆动态应力199

10.4.6 等刚度设计下动态响应分析200

10.5 斜拉桥的车桥耦合响应分析203

10.5.1 车桥模型与分析方法203

10.5.2 基于车辆监测的车队模型206

10.5.3 车队作用下的动态响应208

10.6 年温度影响下的随机索力分析210

10.6.1 模拟方法210

10.6.2 结构的年温度模型211

10.6.3 年温度影响下的索力模拟213

参考文献217

第11章 结构识别方法219

11.1 概述219

11.2 模型修正法220

11.2.1 模型修正的基本原理220

11.2.2 模型修正方法221

11.2.3 实例：基于实测频率的斜拉桥模型修正222

11.3 动力指纹法227

11.3.1 基于固有频率的方法227

11.3.2 模态曲率法231

11.3.3 模态柔度法232

11.4 神经网络法234

11.4.1 神经网络的基本概念234

11.4.2 异常状态预警236

11.4.3 损伤工况识别238

11.4.4 损伤构件与程度识别239

11.4.5 基于神经网络的模型修正240

11.5 数值模拟：斜拉桥的损伤识别240

11.5.1 分析模型与损伤工况241

11.5.2 基于频率的损伤预警242

11.5.3 基于模态曲率的损伤识别244

11.5.4 基于模态柔度的损伤识别246

11.5.5 基于索力的损伤识别252

11.5.6 三个指标的比较254

11.5.7 基于神经网络的损伤工况识别257

11.5.8 基于神经网络的损伤构件识别261

参考文献265

第12章 面向健康诊断的模型试验研究267

12.1 模型设计与制作267

12.1.1 模型的设计267

12.1.2 模型的制作269

12.2 有限元模型误差分析271

12.2.1 面向健康诊断的有限元模型271

12.2.2 有限元模型的建立272

12.2.3 有限元模型误差分析274

12.3 损伤状态下静动态响应特性分析277

12.3.1 损伤工况277

12.3.2 加劲梁损伤278

12.3.3 主缆损伤279

12.3.4 吊索损伤280

12.4 基于神经网络的损伤识别281

12.4.1 数值模拟：训练样本的生成281

12.4.2 试验模拟：测试样本的生成282

12.4.3 损伤识别结果283

参考文献284