1、第一页，共六十一页。大跨度空间结构的健康(ji(ji nknk ng)ng)监测小组成员小组成员(ch(ch ngyungyu n)n)：高康杰：高康杰 张艺枫张艺枫 金哲宇金哲宇 武璇武璇 李星仪李星仪 彭康佑彭康佑 高高 铭铭 周江南周江南 苏蓉苏蓉 李安鑫李安鑫 第二页，共六十一页。目录(m(m l l)ContentsContents01人员(rnyun)分工安排02大跨度空间结构与健康(jinkng)监测介绍03大跨度空间结构健康监测从设计到数据分析的过程与实例展示04现主流监测系统介绍及发展过程介绍与未来展望第三页，共六十一页。01人员分工(fn gng)安排目录(m(m l l)
2、ContentsContents02大跨度空间结构与健康监测(jin c)介绍武璇 高康杰：大跨度空间结构的主要形式及特点金哲宇 李安鑫：结构健康监测介绍、用途及适用范围高铭 彭康佑：大跨度空间结构健康监测从设计到数据分析的过程及实例周江南 张艺枫：大跨度空间结构健康监测系统介绍主讲：李安鑫主讲：李安鑫苏蓉 李星仪：结构健康监测技术的现状和未来发展方向主讲：彭康佑主讲：彭康佑主讲：苏蓉主讲：苏蓉PPTPPT制作：李安鑫制作：李安鑫 苏蓉苏蓉03大跨度空间结构健康监测从设计到数据分析的过程与实例展示04现主流监测系统介绍及发展过程介绍与未来展望第四页，共六十一页。目录(m(m l l)Conte
3、ntsContents01人员(rnyun)分工安排02大跨度(kud)空间结构与健康监测介绍03大跨度空间结构健康监测从设计到数据分析的过程与实例展示04现主流监测系统介绍及发展过程介绍与未来展望第五页，共六十一页。大跨度大跨度(ku(ku d d)空间结构的主要形式及特点空间结构的主要形式及特点大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式(xngsh)主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。结构健康监测结构健康监测(ji(j
4、i n cn c)介绍、用途及适用介绍、用途及适用范围范围当大型结构发生突发性损伤时，如果能够及时做出判断和警报，采取应急处理措施，可以防止损伤进一步发展和引发其它事故；对于长期在役的重要结构，如果能够定期对其累积损伤的程度做出正确评估，就可以充分掌握结构的工作状态，确保结构的安全。在此工程背景下，结构健康监测应运而生，并成为土木工程学科发展的一个重要领域。02大跨度空间结构与健康监测介绍高康杰 武璇：大跨度空间结构的主要形式及特点金哲宇 李安鑫：结构健康监测介绍、用途及适用范围第六页，共六十一页。02大跨度空间结构与健康监测(jin c)介绍大跨度大跨度(ku(ku d d)空间结构主要形空
5、间结构主要形式式悬索结构(jigu)结构定义结构应用结构特点结构形式膜结构薄壳结构网壳结构网架结构第七页，共六十一页。1.网架结构(jigu)由多根杆件按照某种规律的几何图形由多根杆件按照某种规律的几何图形(j(jh h t t x x ng)ng)通过节点连接通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。1.1网架结构的形式 (1)平面析架系组成的网架结构。主要有:两向正交正放网架、两向斜交(xi j
6、io)斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式;(2)四角锥体组成的网架结构。主要有:正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式;(3)三角锥组成的网架结构。主要有:三角锥网架、抽空三角锥网架(分I型和型)、蜂窝形三角锥网架等型式;(4)六角锥体组成的网架结构。主要形式有:正六角锥网架。1.2网架结构的主要特点 空间工作，传力途径简捷;重量轻、刚度大、抗震性能好;施工安装简便;网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率;网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备;网架的建筑造型轻巧、美
7、观、大方，便于建筑处理和装饰。第八页，共六十一页。2.网壳结构(jigu)曲面形网格结构曲面形网格结构(ji(ji g g u)u)称为网壳结构称为网壳结构(ji(ji g g u)u)，有单层网壳和双，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。2.1网壳结构的形式 主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。2.2网壳结构主要特点 兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理;结构的刚度大、跨越能力大;可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制(y
8、 zh);安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好;造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。第九页，共六十一页。3.悬索结构(jigu)悬悬索索结结构构是是以以能能受受拉拉的的索索作作为为基基本本承承重重构构件件，并并将将索索按按照照一一定定规规律律布布置置所所构构成成的的一一类类结结构构体体系系。用用于于悬悬索索结结构构的的钢钢索索大大多多采采用用由由高高强强钢钢丝丝组组成成的的平平行行钢钢丝丝束束，钢钢绞绞线线或或钢钢缆缆绳绳等等，也也可可采采用用圆圆钢钢、型型钢钢、带钢或钢板带钢或钢板(g(g ngbngbn)n)等材料。等材料。3.1悬索结构形式 悬
9、索结构按索的布置方向和层数分为:单向单层悬索结构;辐射式单层悬索结构;双向单层悬索结构;单向双层预应力悬索结构;辐射式预应力悬索结构;双向双层预应力悬索结构;预应力索网结构等。3.2悬索结构的特点 悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗(dkng)外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度;悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面;由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。第十页，共六十一页。4.薄膜结构(jigu)薄薄膜膜结结构构也也称称为为织织物物结结构构，是是2020世
10、世纪纪中中叶叶发发展展起起来来的的一一种种新新型型大大跨跨度度空空间间结结构构形形式式。它它以以性性能能优优良良的的柔柔软软织织物物为为材材料料，由由膜膜内内空空气气压压力力支支承承膜膜面面，或或利利用用柔柔性性钢钢索索或或刚刚性性支支承承结结构构使使膜膜产产生生一一定定的的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖(f(f g g i)i)大空间的结构体系。大空间的结构体系。4.1膜结构的主要形式 主要有空气支承膜结构;张拉式膜结构;骨架支承膜结构等形式。4.2膜结构主要特点 自重轻、跨度大;建筑造型自由丰富;施工方便(fngbin);具有良好的经济性和较高
11、的安全性;透光性和自结性好;耐久性较差。第十一页，共六十一页。5.薄壳结构(jigu)建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构(学术上把满足学术上把满足(m(mnznz)t tR1R12020的壳体定义为薄壳的壳体定义为薄壳)。5.1薄壳结构的形式 薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳;按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。5.2薄壳结构的特点 壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大
12、、材料省的即经济又合理的结构形式。除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求(zhuqi)建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能;索穹顶结构则完全体现了美国建筑大师Fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一种受力合理、结构效率极高的结构体系。第十二页，共六十一页。结构健康结构健康
13、(ji(ji nknk ng)ng)监测介绍、用途及适用范围监测介绍、用途及适用范围三、结构(jigu)健康监测系统组成 二、结构健康(jinkng)监测概念 五、大跨度结构的健康监测内容：四、结构健康监测的应用一、结构健康监测系统的研究背景第十三页，共六十一页。一、结构健康监测一、结构健康监测(ji(ji n cn c)系统的研究背景系统的研究背景土木工程结构在长期使用过程中会因各种自然及人为因素的作用而不可避免地发生损伤。近年来，自然灾害对重要结构的损伤和破坏屡见不鲜，引起人们的密切关注。目前我国土木工程事故频繁发生，如桥梁的突然折断、建筑骤然倒塌等，造成了重大的人员伤亡和财产损失，已经引
14、起人们对于重大工程安全性的关心和重视。当大型结构发生突发性损伤时，如果能够及时做出判断和警报，采取应急处理措施，可以防止损伤进一步发展和引发其它事故；对于长期在役的重要结构，如果能够定期对其累积损伤的程度做出正确评估，就可以充分掌握结构的工作状态，确保结构的安全。在此工程背景(bijng)下，结构健康监测应运而生，并成为土木工程学科发展的一个重要领域。第十四页，共六十一页。二、结构二、结构(ji(ji g g u)u)健康监测概念健康监测概念 专业一点的解释：结构健康监测(Structure Health Monitoring，简称SHM)涉及到通过分析定期采集的结构布置的传感器阵列的动力响应
15、数据来观察体系随时间推移产生的变化，损伤敏感特征值的提取并通过数据分析来确定结构的健康状态。对于长期结构健康监测，通过数据定期更新来估计结构老化和恶劣服役环境对工程结构是否有能力继续实现设计功能。通俗一点的解释：结构健康监测是通过对结构的物理力学性能进行无损监测，实时监控结构的整体行为，对结构的损伤位置和程度进行诊断，对结构的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，为结构在突发事件下或结构使用状况严重异常时触发预警信号，为结构的维修、养护与管理决策提供依据和指导。结构健康监测技术是一个多领域跨学科的综合性技术，它涉及土木工程、动力学、材料学、传感技术、测试技术、信号分析、计算机技术、网
16、络通讯通信技术、模式识别等多个研究方向。其基本思想是通过测量结构在超常荷载前后的响应来推断结构特性的变化，进而探测(tnc)和评价结构的损伤；或者通过持续监测来发现结构的长期退化。有人将结构健康监测定义为“用最少的人力来实现对结构自动、连续的监测和观察。”结构健康监测可适用于所有种类的结构。对于土木工程结构，SHM系统可监测结构在地震或者爆炸下的损伤，或者监测结构在周围环境以及人的活动下的长期损伤。这些信息可以为结构的安全评估提供重要参考，也可以用于结构的维护以及其剩余寿命的评估。第十五页，共六十一页。三、结构健康三、结构健康(ji(ji nknk ng)ng)监测系统组成监测系统组成结构健康监测系统主要由4个功能子系统组成并通过网络联系进行工作。这四个子系统是:（1）传感器系统:包括加速度计、风速风向仪、位移计、温度计、应变计、信号放大处理器及连接介面等，并将待测物理量转变为电信号；（2）信息采集与处理系统:包括信号采集器及相应的数据(shj)存储设备等。安装于待测结构中，采集传感系统的数据(shj)并进行初步处理；（3）信息通信与传输系统:包括网络操作系统平台、安全监测局域网、与因
