当前我国的大型空间结构施工监测技术还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。而由于结构施工损伤造成的大量施工事故给国家的生产建设与人民的生命安全带来了严重的伤害。本项目主要通过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段实现大型空间结构施工过程中的损伤分析、监控及预警。具体研究内容包括:（1）建立大型钢结构工程施工状态评估理论体系。针对不同的钢结构形式与不同的施工方法，归纳其力学分析方法上的共性规律以及具体区别，建立施工结构模型并进行施工多阶段力学分析，然后基于静动力参数的结构状态识别、模型重构及损伤演化分析，建立基于多参数、多层次的综合安全评估理论。（2）研究基于荷载与自身敏感性的传感器优化布置技术。结合空间网格结构自身的特点，从敏感性分析角度出发，对结构进行分析，提出了荷载敏感性的概念和评价公式，随后提出了基于自身敏感性常用的两种方法：蒙特卡罗法和正交试验法，并分析了两种方法各自的优缺点及适用性。（3）研究新型无线传感标准化与模块化设计技术。在现有小体积、低功耗空间分布式无线传感设备基础上，进一步进行硬件性能测试与完善，主要侧重于硬件标准化与模块化改进，将基本模块固定化的同时增强拓展模块的灵活性与拓展性，同时进一步改进产品能耗与休眠机制，大大增强了设备的稳定性以及持续工作的能力。（4）研究基于调频广播整点校时的传感器采集时间同步性技术。提出了一种基于调频广播整点校时的传感器采集时间同步性机制，并设计了整点校时电路，由基本时间同步模块、低功耗信号处理模块和校时同步模块组成，基本可实现传感器采集时间的微秒级同步性能。（5）研究智能组网与远程监控技术。主要研究适用于大面域、大范围布置特点的各类网络拓扑，可针对不同的结构体量和传感器节点分布情况选择不同的组网方式，并且组建的网络高效、稳定，基本实现了可自由拓展和收缩。（6）研究智能结构的设计计算理论与控制技术。主要研究了智能张弦梁结构的设计与控制理论，借用仿生思想，研究了集成无线传感器-执行器网络的智能结构及其形状控制技术。课题研究成果在经过实验室验证后，已经被成功的应用于如大型体育场馆，火车站，高层钢结构，钢结构连廊等各种类型的7项大型钢结构工程中，为发展大型空间结构施工安全监控技术和防止国家重大工程建设事故作出贡献。 2100433B

我国正处于大型空间结构建设的高潮期，由于结构施工损伤造成的大量施工事故给国家的生产建设与人民的生命安全带来了严重的伤害，即使不发生事故的也为结构日后的正常运营埋下了安全隐患。而目前的大型空间结构施工监测技术还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。本项目将通过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段实现大型空间结构施工过程中的损伤分析、监控及预警，揭示此类结构施工损伤的位置、程度、演化机理及共性规律；开发以无线传感网络为硬件基础的专业施工监控技术；形成科学的预警机制，并开发专业的软件操作系统；在经过实验室验证后，应用于大量实际工程建设中，为发展大型空间结构施工安全监控技术和防止国家重大工程建设事故作出贡献。

空间网格结构具有高密集模态的动力特性，一旦结构存在失谐，即有可能出现模态局部化现象和模态跃迁现象。因此，对空间网格结构进行损伤监测研究，应首先对损伤结构的动力学特性开展研究，然后以此作为依据开展损伤监测方法的研究工作，这将更具有实际意义和应用价值。基于以上考虑，本项目借鉴国内外结构损伤监测领域的新方法和新技术，结合空间网格结构的本质动力特性，开展了如下研究：1) 采用摄动法对模态局部化和模态跃迁的发生机理进行了理论推导和分析，以球面网壳结构为例，着重分析了不同刚度或质量失谐参数对结构振动局部化和模态跃迁的影响规律；2) 提出了表征模态局部化现象的模态位移局部化因子和模态应变能局部化因子，提出了确定模态跃迁前后模态对应关系的模态置信准则法，并以球面网壳和拱支网壳为算例进行了参数影响分析；3) 研究了网壳结构中的频率曲线转向现象，提出了简化模型并进行了理论推导，分析了频率曲线转向和模态跃迁之间的关系；4) 提出了环境激励下低阶时域方法的统一理论和环境激励下高阶频域方法的统一理论，以平面桁架结构为算例进行了仿真分析；5) 提出了仅利用损伤结构信息即可进行结构损伤识别曲率模态曲面拟合损伤识别理论，对空腹网架结构进行了验证分析；6) 设计制作了单层肋环形球面网壳试验模型，测试了结构模态参数，验证了上述现象和方法。本项目深层次地探讨了空间网格结构损伤前后的动力学特性、参数识别及损伤监测理论，具有很强的科学针对性，研究成果可为空间网格结构及其他土木工程结构的损伤监测研究提供借鉴和参考。 2100433B

空间网格结构是高密集模态周期性结构，动力特性复杂，长期服役易产生不同形式的内部损伤，对其进行损伤监测研究十分必要。本项目针对其动力学特点，考虑结构损伤导致模态局部化与模态跃迁影响，以理论分析、数值模拟和模型试验为手段，解决空间网格结构损伤监测过程中的本质科学问题。研究空间网格结构模态局部化现象的机理，提出定量描述模态局部化判据；研究空间网格结构模态跃迁的变化规律，确定模态跃迁前后模态对应关系的判定准则；研究环境激励下空间网格结构模态参数在线识别方法，建立空间网格结构考虑模态局部化与跃迁的多阶段分区域损伤监测理论。本项目首次探讨空间网格结构的模态局部化和跃迁现象，更深层次地探讨空间网格结构的动力学特性和损伤监测理论。本项目得以完成，将会为进一步研究该结构体系防灾减灾理论打下基础，为空间网格结构的抗风抗震设计提供科学依据和理论支持，为提前采取自救措施，避免或减少人民生命财产损失提供有力保障。

第1章桥梁健康监测和结构损伤识别技术

1.1土木工程结构进行健康监测的重要性

1.2结构健康监测和损伤识别的发展

1.3国内外对结构健康监测的研究现状

1.4大型桥梁结构健康监测系统介绍

1.5结构健康监测中的损伤识别方法

第2章基于小波分析的结构健康监测策略

2.1结构健康监测中的关键性问题

2.2多尺度分析理论

2.3小波分析理论

2.4面向实时在线监测的结构健康监测策略

第3章结构动力系统的多尺度分析

3.1损伤识别的动力系统模型分析

3.2单自由度模型的结构动力系统多尺度分析

3.3多自由度模型的结构动力系统多尺度分析

3.4结构损伤的时变系统分析及其状态空间模型

3.5结构损伤多尺度分析的数值仿真研究

第4章实时监测中的结构损伤预警

4.1结构损伤预警的目的及重要性

4.2多尺度损伤预警的理论基础和小波基的选取

4.3应用小波分析对测试信号进行去噪的方法

4.4基于小波变换的损伤预警研究

第5章损伤特征提取及模式分类方法

5.1结构损伤的模式识别问题

5.2损伤信息的小波包特征提取方法

5.3基于神经网络的损伤模式分类

第6章基于信息融合的损伤确认、定位及定量

6.1结构损伤识别中的多传感器信息融合

6.2损伤识别的耦合神经网络融合算法

6.3结构损伤识别的模型实验

6.4损伤特征的提取和数据层融合

6.5结构损伤的确认、定位及定量

第7章未来的技术展望

参考文献2100433B