結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測方法一、結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測概述

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測是通過對建筑物、橋梁、隧道等工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)采集和分析，評估其結(jié)構(gòu)安全性能、變形狀態(tài)和受力情況的重要手段。通過科學(xué)監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，預(yù)防潛在風(fēng)險(xiǎn)，保障工程安全。

二、監(jiān)測方法分類及原理

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測方法主要分為以下幾類，每種方法基于不同的力學(xué)原理和測量技術(shù)。

（一）位移監(jiān)測方法

位移監(jiān)測主要用于測量結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形情況，是結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測的核心內(nèi)容之一。

1.激光測量技術(shù)

(1)激光掃描：利用激光束高精度測距原理，通過掃描整個結(jié)構(gòu)表面，獲取高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成三維變形圖。

(2)激光干涉儀：通過激光干涉原理測量微小位移，精度可達(dá)納米級，適用于精密監(jiān)測。

2.全球定位系統(tǒng)（GPS）

(1)衛(wèi)星定位：通過接收多顆衛(wèi)星信號，計(jì)算結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，適用于大范圍、長周期的監(jiān)測。

(2)基準(zhǔn)站技術(shù)：建立固定基準(zhǔn)站，定期校準(zhǔn)，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

（二）應(yīng)變監(jiān)測方法

應(yīng)變監(jiān)測用于測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布，判斷結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

1.電阻應(yīng)變片

(1)粘貼式應(yīng)變片：將應(yīng)變片粘貼在結(jié)構(gòu)表面，通過電阻變化計(jì)算應(yīng)變值，成本較低，應(yīng)用廣泛。

(2)導(dǎo)線式應(yīng)變片：適用于高溫或腐蝕環(huán)境，但安裝復(fù)雜。

2.鋼弦式傳感器

(1)工作原理：通過鋼弦振動頻率變化反映應(yīng)變大小，抗干擾能力強(qiáng)，適用于長期監(jiān)測。

(2)數(shù)據(jù)采集：通過讀數(shù)儀實(shí)時(shí)記錄頻率變化，計(jì)算應(yīng)變值。

（三）傾角與振動監(jiān)測方法

傾角和振動監(jiān)測主要用于評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)。

1.傾角監(jiān)測

(1)電子傾角儀：通過加速度計(jì)測量傾斜角度，適用于塔桅結(jié)構(gòu)等高聳工程。

(2)液體擺式傾角儀：利用液體表面水平原理，測量微小傾斜，精度較高。

2.振動監(jiān)測

(1)加速度傳感器：測量結(jié)構(gòu)振動加速度，分析頻率和振幅，判斷結(jié)構(gòu)動力特性。

(2)位移傳感器：測量結(jié)構(gòu)振動位移，適用于大跨度橋梁等柔性結(jié)構(gòu)。

三、監(jiān)測實(shí)施步驟

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測的實(shí)施需遵循科學(xué)流程，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性。

（一）監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

1.確定監(jiān)測目標(biāo)：明確監(jiān)測目的（如安全評估、變形分析等）。

2.選擇監(jiān)測方法：根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和監(jiān)測需求，選擇合適的監(jiān)測技術(shù)。

3.布置監(jiān)測點(diǎn)：在關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，確保覆蓋整個結(jié)構(gòu)受力區(qū)域。

（二）設(shè)備安裝與校準(zhǔn)

1.安裝監(jiān)測設(shè)備：按照設(shè)計(jì)位置固定傳感器，確保接觸良好。

2.校準(zhǔn)設(shè)備：使用標(biāo)準(zhǔn)儀器校準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備，誤差控制在±1%以內(nèi)。

3.連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，避免信號干擾。

（三）數(shù)據(jù)采集與分析

1.定時(shí)采集數(shù)據(jù)：根據(jù)監(jiān)測周期（如每日、每周）采集數(shù)據(jù)，避免遺漏。

2.數(shù)據(jù)處理：使用專業(yè)軟件（如MATLAB、ANSYS）分析位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，生成變形趨勢圖。

3.異常預(yù)警：設(shè)定閾值，當(dāng)數(shù)據(jù)超過安全范圍時(shí)自動報(bào)警。

（四）報(bào)告編制與維護(hù)

1.編制監(jiān)測報(bào)告：匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提出建議。

2.設(shè)備維護(hù)：定期檢查傳感器，更換損壞部件，確保持續(xù)監(jiān)測。

3.長期跟蹤：持續(xù)監(jiān)測，更新分析結(jié)果，為結(jié)構(gòu)維護(hù)提供依據(jù)。

四、監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測正向智能化、自動化方向發(fā)展。

（一）無線監(jiān)測技術(shù)

1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）：通過無線傳輸數(shù)據(jù)，減少布線成本，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

2.低功耗設(shè)計(jì)：延長傳感器電池壽命，實(shí)現(xiàn)長期無維護(hù)監(jiān)測。

（二）人工智能分析

1.機(jī)器學(xué)習(xí)：利用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢。

2.智能預(yù)警：結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動識別異常并觸發(fā)報(bào)警。

**一、結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測概述**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測是通過對建筑物、橋梁、隧道、大壩、海洋平臺等工程結(jié)構(gòu)及其周邊環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)性的、有計(jì)劃的數(shù)據(jù)采集、分析和評估，以實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)在自重、環(huán)境荷載（如溫度、風(fēng)、水）、使用荷載等作用下的實(shí)際工作狀態(tài)和安全性能的技術(shù)手段。其核心目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論，評估結(jié)構(gòu)安全裕度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在損傷和異常變形，預(yù)測結(jié)構(gòu)長期性能變化，并為結(jié)構(gòu)的維護(hù)決策、加固設(shè)計(jì)和安全運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測不僅適用于新建工程在施工和運(yùn)營階段的質(zhì)量控制，也廣泛應(yīng)用于既有結(jié)構(gòu)的健康評估和風(fēng)險(xiǎn)管理工作。通過科學(xué)的監(jiān)測，可以有效預(yù)防工程事故，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

**二、監(jiān)測方法分類及原理**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測方法種類繁多，依據(jù)監(jiān)測對象和原理不同，主要可分為以下幾類：

**（一）位移監(jiān)測方法**

位移監(jiān)測是結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測中最基本、最重要的內(nèi)容之一，用于測量結(jié)構(gòu)在各類荷載作用下的整體或局部位置變化，反映結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)和穩(wěn)定性。

1.**激光測量技術(shù)**

(1)**激光掃描技術(shù)（LiDAR-LightDetectionandRanging）**：

***工作原理**：利用激光束發(fā)射器向目標(biāo)結(jié)構(gòu)發(fā)射脈沖激光，通過接收反射回來的激光信號，測量發(fā)射光與接收光之間的時(shí)間差（TimeofFlight,ToF），從而計(jì)算出到目標(biāo)點(diǎn)的距離。通過旋轉(zhuǎn)掃描鏡或移動掃描儀，獲取結(jié)構(gòu)表面大量點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X,Y,Z），形成高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

***實(shí)施步驟**：

a.**設(shè)站**：選擇開闊、穩(wěn)定的測站點(diǎn)，架設(shè)激光掃描儀。

b.**掃描**：啟動掃描程序，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位掃描，確保覆蓋所有監(jiān)測區(qū)域?？煞侄嗾尽⒍嘟嵌葤呙枰詼p少盲區(qū)。

c.**數(shù)據(jù)傳輸與處理**：將掃描原始數(shù)據(jù)（點(diǎn)云文件）傳輸至計(jì)算機(jī)，使用專業(yè)點(diǎn)云處理軟件（如CloudCompare,AutodeskReCap等）進(jìn)行拼接、去噪、濾波、分類等處理。

d.**特征提取與變形分析**：在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測線等特征，與初始掃描數(shù)據(jù)或參考模型進(jìn)行比對，計(jì)算點(diǎn)位坐標(biāo)變化量，生成位移矢量圖、變形云圖等。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量速度快，精度高（單點(diǎn)精度可達(dá)毫米級），非接觸式測量，可獲取復(fù)雜曲面變形。

***缺點(diǎn)**：易受環(huán)境因素（如粉塵、雨雪）影響，成本較高，數(shù)據(jù)后處理工作量大。

(2)**激光干涉儀（如激光測距儀、位移傳感器）**：

***工作原理**：基于光的干涉原理。當(dāng)激光通過精密分束器后，一部分光束射向固定反射鏡，另一部分射向移動目標(biāo)（或與目標(biāo)連動的反射面）。兩束光在分束器處匯合，形成干涉條紋。當(dāng)移動目標(biāo)位移時(shí)，光程差改變，導(dǎo)致干涉條紋發(fā)生移動。通過精確測量干涉條紋的移動數(shù)量或相位變化，可以計(jì)算出目標(biāo)的微小位移量（可達(dá)納米級）。

***應(yīng)用實(shí)例**：常用于測量橋梁伸縮縫的開啟量、大壩變形、精密設(shè)備振動等。

***優(yōu)點(diǎn)**：極高精度，穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：通常為點(diǎn)式測量，安裝需要精確對準(zhǔn)，易受環(huán)境溫度變化影響（空氣折射率變化）。

2.**全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)**

(1)**衛(wèi)星定位技術(shù)（GNSS-GlobalNavigationSatelliteSystem，如GPS,GLONASS,Galileo,BeiDou）**：

***工作原理**：利用分布在軌面上的多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，向地面發(fā)射包含衛(wèi)星星歷、時(shí)間等信息的服務(wù)信號。地面接收機(jī)接收至少四顆及以上衛(wèi)星的信號，通過測量信號傳播時(shí)間，計(jì)算接收機(jī)與各衛(wèi)星之間的距離，再利用三維坐標(biāo)解算算法（如偽距三維定位、載波相位差分定位RTK等），確定接收機(jī)在三維空間中的精確位置。

***實(shí)施步驟**：

a.**基準(zhǔn)站建設(shè)**：在已知精確坐標(biāo)的位置建立基準(zhǔn)站，連續(xù)觀測并傳輸觀測數(shù)據(jù)。

***（可選）移動站/流動站觀測**：在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵測點(diǎn)上安裝GPS接收機(jī)，進(jìn)行觀測，獲取測點(diǎn)坐標(biāo)。

b.**數(shù)據(jù)后處理/實(shí)時(shí)解算**：

***靜態(tài)定位**：收集較長時(shí)間（如數(shù)小時(shí)）的觀測數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件（如TrimbleBusinessCenter,NovAtelBusinessCenter）進(jìn)行解算，精度較高（厘米級）。

***動態(tài)定位（RTK-Real-TimeKinematic）**：通過基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)發(fā)送差分改正數(shù)據(jù)，移動站可實(shí)時(shí)獲得高精度（厘米級）位置結(jié)果，適用于需要快速獲取變形信息的場景。

***優(yōu)點(diǎn)**：覆蓋范圍廣，操作簡便，可實(shí)現(xiàn)全天候、自動化監(jiān)測，適合大范圍、長周期位移監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：在室內(nèi)、地下、高大建筑物陰影區(qū)信號受遮擋；植被覆蓋下信號強(qiáng)度減弱；精度受衛(wèi)星幾何分布、大氣延遲等因素影響。

3.**全站儀（TotalStation）測量技術(shù)**

(1)**工作原理**：集成了光學(xué)經(jīng)緯儀和測距儀的功能。通過望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)的棱鏡，利用光學(xué)系統(tǒng)測量水平角、垂直角，再通過內(nèi)置的測距儀（通常為紅外測距）測量目標(biāo)距離，根據(jù)三角函數(shù)原理計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

(2)**實(shí)施步驟**：

a.**設(shè)站**：在已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀。

b.**定向**：照準(zhǔn)已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)（后視點(diǎn)），進(jìn)行水平盤和垂直盤的定向。

c.**觀測**：照準(zhǔn)各監(jiān)測點(diǎn)棱鏡，讀取并記錄水平角、垂直角和距離讀數(shù)。

d.**坐標(biāo)計(jì)算**：通過全站儀內(nèi)置程序或外業(yè)手簿計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

e.**數(shù)據(jù)處理**：將觀測數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，進(jìn)行平差計(jì)算，處理測量誤差，得到最終坐標(biāo)結(jié)果。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高（毫米級），操作相對簡單，可同時(shí)測量角度和距離，適用于地面或近地面的點(diǎn)位移監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：需要設(shè)站觀測，受通視條件限制，效率相對較低，不適合大范圍、自動化的長期監(jiān)測。

4.**引伸儀與拉線位移計(jì)**

(1)**工作原理**：通過測量兩端點(diǎn)之間距離的變化來確定位移。引伸儀通常通過內(nèi)置的位移傳感器（如電位計(jì)、差動變壓器）直接測量兩固定端點(diǎn)間的相對位移；拉線位移計(jì)則通過一根張緊的鋼絲，一端連接移動目標(biāo)，另一端連接固定的收繩器，通過測量鋼絲的伸縮量來推算目標(biāo)點(diǎn)的位移。

(2)**實(shí)施步驟（以引伸儀為例）**：

a.**安裝**：將引伸儀的兩個測量端分別牢固地安裝在結(jié)構(gòu)上相互靠近的兩個參考點(diǎn)上。確保安裝穩(wěn)固且兩端點(diǎn)連線盡量直。

b.**初始讀數(shù)**：施加預(yù)緊力（如設(shè)計(jì)要求），記錄初始讀數(shù)。

c.**定期觀測**：根據(jù)監(jiān)測頻率，重復(fù)讀取當(dāng)前讀數(shù)。

d.**位移計(jì)算**：當(dāng)前讀數(shù)與初始讀數(shù)之差即為兩點(diǎn)間的相對位移。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高，安裝簡單，可直接測量相對位移，適用于梁、板、索等構(gòu)件的變形監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：通常為點(diǎn)式或短距離測量，易受安裝點(diǎn)局部變形影響，長距離監(jiān)測時(shí)布設(shè)復(fù)雜。

**（二）應(yīng)變監(jiān)測方法**

應(yīng)變監(jiān)測旨在測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部某點(diǎn)沿特定方向的拉伸或壓縮變形程度，是評估結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和強(qiáng)度儲備的關(guān)鍵。

1.**電阻應(yīng)變片（StrainGauge）**

(1)**工作原理**：電阻應(yīng)變片是一種將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的敏感元件。它由敏感柵（由細(xì)金屬絲或箔制成）、基材、覆蓋層和引線組成。當(dāng)應(yīng)變片與被測結(jié)構(gòu)一起發(fā)生變形時(shí)，其敏感柵的幾何形狀（長度和截面積）和電阻率會發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值相應(yīng)改變。通過精確測量電阻值的變化，利用惠斯通電橋等電路，可以計(jì)算出應(yīng)變值（με=ΔR/R*F(R,S,ε)，其中F是修正函數(shù)）。

(2)**類型與選擇**：

***金屬絲式應(yīng)變片**：靈敏度高，成本較低，但易受溫度影響，適用于常溫監(jiān)測。

***金屬箔式應(yīng)變片**：柔韌性好，可粘貼在復(fù)雜曲面上，散熱性好，精度高，應(yīng)用最廣泛。

***半導(dǎo)體應(yīng)變片**：靈敏系數(shù)極高，體積小，但易受溫度影響嚴(yán)重，需配合溫度補(bǔ)償措施使用。

***選擇依據(jù)**：考慮結(jié)構(gòu)工作溫度、環(huán)境腐蝕性、應(yīng)變幅值、測量精度要求等因素。

(3)**實(shí)施步驟**：

a.**表面處理**：清潔安裝應(yīng)變片位置的混凝土、鋼結(jié)構(gòu)表面，去除浮漿、油污、銹蝕等，確保粘結(jié)良好。

***粘貼**：涂布專用膠粘劑，將應(yīng)變片按照預(yù)定方向粘貼在處理好的表面上。注意施壓均勻，避免氣泡。

***防護(hù)**：在應(yīng)變片表面覆蓋防護(hù)層（如應(yīng)變片膠、云母片、環(huán)氧樹脂等），保護(hù)應(yīng)變片免受環(huán)境侵蝕和物理損傷。

***導(dǎo)線連接**：連接導(dǎo)線至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，注意絕緣處理，防止短路。

***組橋與補(bǔ)償**：根據(jù)測量需求，將多個應(yīng)變片組成惠斯通電橋（單臂、半橋、全橋等），必要時(shí)配置溫度補(bǔ)償片。

***標(biāo)定與測試**：施加已知應(yīng)變，檢查測量系統(tǒng)是否正常工作，必要時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。

***數(shù)據(jù)采集**：使用應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀或應(yīng)變儀，按照設(shè)定的頻率采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。

(4)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高，成本相對較低，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。

(5)**缺點(diǎn)**：為有損測量（需在結(jié)構(gòu)表面開槽或打磨），易受安裝質(zhì)量、環(huán)境因素（溫度、濕度、腐蝕）影響，信號傳輸易受干擾。

2.**鋼弦式傳感器（VibratingWireStrainSensor）**

(1)**工作原理**：內(nèi)部包含一根鋼弦，鋼弦張緊狀態(tài)下的振動頻率與其張力成正比。當(dāng)傳感器感受到應(yīng)變時(shí)，內(nèi)部彈性元件變形，帶動鋼弦張力變化，從而使鋼弦振動頻率發(fā)生改變。通過測量頻率變化量，即可換算出應(yīng)變值。傳感器通常還包含溫度傳感器（如熱敏電阻），用于溫度補(bǔ)償。

(2)**實(shí)施步驟**：

a.**鉆孔與埋設(shè)**：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面鉆孔，將傳感器埋入預(yù)定位置。確保傳感器與結(jié)構(gòu)變形區(qū)域有效協(xié)同。

b.**灌漿**：在傳感器周圍澆筑早強(qiáng)、無收縮的灌漿料，固定傳感器并傳遞荷載。灌漿質(zhì)量至關(guān)重要。

c.**預(yù)張與調(diào)平**：對鋼弦進(jìn)行預(yù)緊，調(diào)整傳感器初始狀態(tài)。部分傳感器有調(diào)平功能，確保測量方向正確。

d.**接線與供電**：連接傳感器至數(shù)據(jù)采集儀，按照設(shè)備要求供電。傳感器通常自帶溫度測量功能。

***（可選）初始標(biāo)定**：在安裝后或特定階段，對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，建立頻率-應(yīng)變關(guān)系。

e.**長期監(jiān)測**：傳感器可長期埋設(shè)，通過定期或自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取頻率和溫度數(shù)據(jù)。

f.**數(shù)據(jù)解算**：使用專用軟件或公式，根據(jù)讀取的頻率和溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出應(yīng)變和溫度修正后的應(yīng)變值。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：無源（電池壽命長，可達(dá)數(shù)十年），抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，精度高，適用于長期、深埋或惡劣環(huán)境下的監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：成本較高，安裝埋設(shè)復(fù)雜，修復(fù)困難，數(shù)據(jù)讀取通常需要專業(yè)設(shè)備。

3.**光纖傳感技術(shù)（FiberOpticSensing）**

(1)**原理概述**：利用光纖作為傳感介質(zhì)，通過測量光纖中光信號（如相位、振幅、頻率、偏振態(tài)）的變化來感知外界物理量（如應(yīng)變、溫度、壓力等）。主要技術(shù)包括：

***光纖光柵（FBG-FiberBraggGrating）**：在光纖中通過紫外光寫入周期性折射率變化，形成一個窄帶反射中心。當(dāng)光纖受應(yīng)變或溫度變化時(shí)，光柵的布拉格反射波長會發(fā)生偏移。通過解調(diào)系統(tǒng)測量波長偏移量，即可確定應(yīng)變和溫度。

***分布式光纖傳感（如BOTDR,BOTDA,DAS）**：利用激光脈沖沿光纖傳輸，通過測量返回光的光時(shí)域波形或光強(qiáng)分布，實(shí)現(xiàn)對光纖沿線應(yīng)變和溫度的分布式、連續(xù)測量。

(2)**實(shí)施步驟（以FBG為例）**：

a.**FBG制作與安裝**：制作FBG傳感器，將其埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部或粘貼在結(jié)構(gòu)表面。

b.**解調(diào)系統(tǒng)連接**：將FBG連接至光纖光柵解調(diào)儀。

c.**系統(tǒng)校準(zhǔn)**：進(jìn)行系統(tǒng)級校準(zhǔn)，建立波長與應(yīng)變/溫度的對應(yīng)關(guān)系。

d.**數(shù)據(jù)采集**：解調(diào)儀自動掃描并記錄各FBG傳感器的反射波長。

e.**數(shù)據(jù)處理**：根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果，計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)變和溫度值。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：抗電磁干擾，耐腐蝕，可制成分布式測量，光纖本身柔韌，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

(4)**缺點(diǎn)**：系統(tǒng)成本高，對安裝和連接要求較高，數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜。

**（三）傾角與振動監(jiān)測方法**

傾角和振動監(jiān)測主要用于評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（如傾斜、沉降）和動力響應(yīng)特性（如自振頻率、振幅）。

1.**傾角監(jiān)測**

(1)**電子傾角儀（電子水平儀）**：

***工作原理**：基于加速度傳感原理。當(dāng)儀器傾斜時(shí)，內(nèi)部加速度計(jì)感受到重力加速度的分量變化，通過測量該分量，計(jì)算出傾斜角度。通常包含兩個互相垂直的加速度傳感器（一個測量橫傾，一個測量縱傾）。

***實(shí)施步驟**：

a.**安裝**：將傾角儀固定在結(jié)構(gòu)頂部、塔身等關(guān)鍵部位，確保安裝穩(wěn)固且與結(jié)構(gòu)協(xié)同變形。

b.**初始讀數(shù)**：在結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，記錄初始傾斜角度。

c.**定期觀測**：根據(jù)監(jiān)測頻率，重復(fù)讀取傾斜角度。

d.**數(shù)據(jù)記錄**：將數(shù)據(jù)傳輸至記錄儀或計(jì)算機(jī)。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量范圍寬，可同時(shí)測量兩個方向的傾斜，使用相對簡單。

***缺點(diǎn)**：為點(diǎn)式測量，易受結(jié)構(gòu)局部變形影響，對安裝精度要求高。

(2)**液體擺式傾角儀**：

***工作原理**：利用液體的表面始終水平（在重力作用下）的特性。儀器內(nèi)部有一個氣泡或液滴，通過測量氣泡（或液滴）偏離中心位置的距離來確定傾斜角度。

***優(yōu)點(diǎn)**：原理簡單，穩(wěn)定性好，抗沖擊能力強(qiáng)。

***缺點(diǎn)**：測量精度相對較低，響應(yīng)速度慢，需人工讀數(shù)或配合自動讀數(shù)裝置。

2.**振動監(jiān)測**

(1)**加速度傳感器（Accelerometer）**：

***工作原理**：基于慣性原理。當(dāng)傳感器與結(jié)構(gòu)一起振動時(shí)，內(nèi)部質(zhì)量塊因慣性力作用而相對于傳感器殼體運(yùn)動，通過測量該慣性力（通常轉(zhuǎn)換為電壓信號），可以計(jì)算出加速度值。

***實(shí)施步驟**：

a.**安裝**：將加速度傳感器固定在結(jié)構(gòu)的代表性部位（如頂部、基礎(chǔ)等），確保與結(jié)構(gòu)牢固連接。

b.**標(biāo)定**：使用標(biāo)準(zhǔn)振動臺或力錘進(jìn)行標(biāo)定，確定傳感器的靈敏度（mV/g）和頻率響應(yīng)特性。

c.**數(shù)據(jù)采集**：連接傳感器至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ），設(shè)置采樣頻率（通常遠(yuǎn)高于結(jié)構(gòu)自振頻率，如100Hz-1kHz）。采集時(shí)記錄結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)信號。

d.**數(shù)據(jù)處理**：使用專業(yè)軟件（如Spectrum,MATLAB）對采集到的時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析其頻譜特性（如自振頻率、阻尼比、振幅等）。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量范圍寬，頻率響應(yīng)高，結(jié)構(gòu)緊湊，可進(jìn)行多點(diǎn)同步監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：對安裝方式敏感（需注意傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合），易受環(huán)境噪聲干擾。

(2)**位移傳感器（DisplacementSensor）**：

***工作原理**：測量結(jié)構(gòu)振動時(shí)某點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的位移量。常見類型有：

***電渦流傳感器（EddyCurrentProbe）**：利用高頻電磁場在導(dǎo)電目標(biāo)（如金屬結(jié)構(gòu)件）表面產(chǎn)生渦流，通過測量傳感器與目標(biāo)之間的距離變化來反映位移。

***激光位移傳感器**：同激光掃描技術(shù)中的位移測量原理，用于測量振動位移。

***差動變壓器（LVDT）**：通過測量鐵芯在差動線圈中的位移來反映被測點(diǎn)的位移。

***實(shí)施步驟（以電渦流傳感器為例）**：

a.**安裝**：將傳感器探頭固定在結(jié)構(gòu)上，確保探頭端部與被測點(diǎn)（通常是鋼結(jié)構(gòu)件表面）保持良好接觸或近距離。

b.**基準(zhǔn)建立**：通常需要建立一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。

c.**數(shù)據(jù)采集**：連接傳感器至DAQ，采集振動時(shí)程數(shù)據(jù)。

d.**數(shù)據(jù)處理**：分析位移時(shí)程和頻譜，獲取振動特性參數(shù)。

***優(yōu)點(diǎn)**：直接測量物理位移，抗磁干擾能力強(qiáng)。

***缺點(diǎn)**：測量范圍相對有限，電渦流傳感器需與金屬表面接觸或極近距離，激光傳感器易受環(huán)境干擾。

**三、監(jiān)測實(shí)施步驟**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)施需要遵循科學(xué)、規(guī)范化的流程，以確保監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

**（一）監(jiān)測方案設(shè)計(jì)**

1.**明確監(jiān)測目標(biāo)**：

*詳細(xì)闡述需要進(jìn)行監(jiān)測的具體問題，例如：驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算、評估施工期結(jié)構(gòu)受力、監(jiān)測運(yùn)營期結(jié)構(gòu)長期變形、檢測異?，F(xiàn)象原因、評估抗震性能等。

*確定需要重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)構(gòu)部位或構(gòu)件。

2.**設(shè)定監(jiān)測指標(biāo)**：

*列出需要監(jiān)測的具體物理量，如：沉降量、水平位移、傾斜角、裂縫寬度、應(yīng)變、溫度、風(fēng)速、加速度、位移等。

*為每個監(jiān)測指標(biāo)設(shè)定合理的監(jiān)測頻率（如每日、每周、每月、每年）、測量精度要求和報(bào)警閾值。

3.**選擇監(jiān)測方法與設(shè)備**：

*根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)、監(jiān)測指標(biāo)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境條件、預(yù)算等因素，選擇最合適的監(jiān)測技術(shù)（如GPS、激光掃描、應(yīng)變片、加速度傳感器等）。

*選擇性能可靠、精度滿足要求的監(jiān)測設(shè)備，并考慮設(shè)備的安裝、維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸便利性。

4.**布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)**：

*在結(jié)構(gòu)上選擇具有代表性的部位布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，確保能反映結(jié)構(gòu)的整體變形趨勢和關(guān)鍵部位的受力狀態(tài)。

*繪制監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖和立面圖，標(biāo)明點(diǎn)位編號、坐標(biāo)、高程以及與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的關(guān)系。

*說明監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)時(shí)對結(jié)構(gòu)可能造成的影響，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

5.**制定監(jiān)測計(jì)劃**：

*規(guī)劃監(jiān)測周期、持續(xù)時(shí)間、數(shù)據(jù)采集和傳輸方式、數(shù)據(jù)存儲格式、數(shù)據(jù)處理和分析流程。

*明確監(jiān)測人員職責(zé)、安全操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案。

**（二）監(jiān)測設(shè)備安裝與校準(zhǔn)**

1.**監(jiān)測點(diǎn)準(zhǔn)備**：

*清潔監(jiān)測點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)表面，確保足夠的空間和合適的表面狀態(tài)（如打磨平整、無油污、無銹蝕）。

*根據(jù)需要制作安裝基座或預(yù)留安裝孔洞，確保傳感器安裝穩(wěn)固且與結(jié)構(gòu)協(xié)同變形。

2.**傳感器安裝**：

*按照選定的監(jiān)測方法和設(shè)備說明進(jìn)行安裝。注意傳感器的方向、標(biāo)高和緊固方式。

*對于需要埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳感器（如鋼弦計(jì)、光纖光柵），嚴(yán)格按照埋設(shè)工藝操作，確保灌漿質(zhì)量。

*對于表面安裝的傳感器（如應(yīng)變片、傾角儀、加速度計(jì)），確保粘貼或固定牢固，并進(jìn)行必要的防護(hù)處理（如防水、防腐蝕）。

3.**數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接**：

*連接傳感器與數(shù)據(jù)采集儀（DAQ），檢查接線是否正確、牢固，避免短路或斷路。

*設(shè)置數(shù)據(jù)采集儀的采樣頻率、量程、通道等參數(shù)。

4.**設(shè)備標(biāo)定**：

*對所有監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，以確定其測量讀數(shù)與實(shí)際物理量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。標(biāo)定應(yīng)在設(shè)備安裝前或安裝后進(jìn)行，選擇合適的標(biāo)定設(shè)備和方法（如標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變梁、振動臺、標(biāo)準(zhǔn)重力加速度源等）。

*記錄標(biāo)定結(jié)果，建立設(shè)備標(biāo)定檔案。

5.**系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測試**：

*進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，確保從傳感器到數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄的整個鏈條工作正常。

*進(jìn)行短期測試，檢查數(shù)據(jù)采集是否穩(wěn)定、準(zhǔn)確，有無異常噪聲或漂移。

*進(jìn)行通視測試（針對GPS、全站儀等），確保監(jiān)測點(diǎn)之間或與基準(zhǔn)站之間滿足觀測要求。

**（三）數(shù)據(jù)采集與分析**

1.**建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫**：

*使用統(tǒng)一的格式（如Excel、數(shù)據(jù)庫）建立監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，記錄每個監(jiān)測點(diǎn)的編號、位置、儀器型號、標(biāo)定信息、監(jiān)測指標(biāo)、監(jiān)測頻率等元數(shù)據(jù)。

*設(shè)計(jì)規(guī)范的數(shù)據(jù)錄入格式，確保數(shù)據(jù)記錄清晰、完整、無歧義。

2.**定期數(shù)據(jù)采集**：

*按照監(jiān)測計(jì)劃設(shè)定的頻率，手動或自動采集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

*采集時(shí)記錄天氣狀況、結(jié)構(gòu)荷載情況（如交通流量、堆載情況）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，作為數(shù)據(jù)分析的輔助條件。

*對于長期監(jiān)測項(xiàng)目，制定詳細(xì)的現(xiàn)場巡視和設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，確保持續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測。

3.**數(shù)據(jù)預(yù)處理**：

*對采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，剔除明顯錯誤數(shù)據(jù)（如傳感器故障、瞬間干擾）。

*對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間對齊、去噪濾波等處理。

*對于有源設(shè)備，檢查電池電壓，必要時(shí)進(jìn)行更換。

4.**數(shù)據(jù)分析與評估**：

*使用專業(yè)軟件或計(jì)算方法，對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和趨勢分析。

*計(jì)算關(guān)鍵監(jiān)測指標(biāo)（如位移增量、應(yīng)變平均值、自振頻率等），與設(shè)計(jì)值、預(yù)警閾值進(jìn)行比較。

*繪制時(shí)程曲線圖、變形云圖、頻率譜圖等，直觀展示監(jiān)測結(jié)果。

*分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，判斷結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)是否正常，是否存在異常或潛在風(fēng)險(xiǎn)。

*必要時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，進(jìn)行反分析或有限元計(jì)算，更深入地評估結(jié)構(gòu)受力。

5.**報(bào)告編制與預(yù)警**：

*定期（如每月、每季、每年）編制監(jiān)測報(bào)告，匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和評估結(jié)論。

*在監(jiān)測數(shù)據(jù)接近或超過預(yù)警閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，通知相關(guān)責(zé)任人員。

*在監(jiān)測報(bào)告中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重異常情況時(shí)，應(yīng)立即增加監(jiān)測頻率，并進(jìn)行現(xiàn)場檢查，分析原因并提出處理建議。

**（四）監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)與成果應(yīng)用**

1.**設(shè)備維護(hù)**：

*定期檢查監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)，清潔傳感器表面，檢查連接線路和電池。

*根據(jù)需要，對設(shè)備進(jìn)行校核或重新標(biāo)定，確保測量精度。

*建立設(shè)備維護(hù)日志，記錄維護(hù)時(shí)間和內(nèi)容。

2.**數(shù)據(jù)管理與成果歸檔**：

*妥善保存監(jiān)測原始數(shù)據(jù)、處理過程文件、分析報(bào)告、設(shè)備標(biāo)定文件等。

*按照檔案管理要求，對監(jiān)測成果進(jìn)行分類、編目和歸檔。

3.**監(jiān)測成果應(yīng)用**：

*將監(jiān)測結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)、施工、管理單位，用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的維護(hù)、加固或運(yùn)營管理決策。

*長期監(jiān)測數(shù)據(jù)可用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)計(jì)算模型、研究結(jié)構(gòu)老化機(jī)理等科研工作。

*監(jiān)測報(bào)告是評估結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、保障結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的重要依據(jù)。

**四、監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢**

隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測技術(shù)正朝著更高精度、自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

**（一）無線監(jiān)測技術(shù)**

1.**無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）**：

*采用無線通信方式（如Zigbee,LoRa,NB-IoT等）連接大量低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式、自組織的監(jiān)測。

*優(yōu)點(diǎn)是布線簡單、靈活，適合大范圍、難以布線的結(jié)構(gòu)監(jiān)測。

*應(yīng)用實(shí)例：橋梁、大壩、隧道等大型結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)同步監(jiān)測。

2.**物聯(lián)網(wǎng)（IoT）集成**：

*將監(jiān)測傳感器接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、存儲、分析和可視化。

*可與云平臺結(jié)合，提供移動端訪問、數(shù)據(jù)共享和智能報(bào)警功能。

**（二）智能化與大數(shù)據(jù)分析**

1.**人工智能（AI）算法應(yīng)用**：

*利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，識別異常模式，預(yù)測結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展趨勢。

***實(shí)例**：基于振動數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)構(gòu)疲勞壽命；基于位移數(shù)據(jù)識別早期損傷。

2.**數(shù)字孿生（DigitalTwin）技術(shù)**：

*構(gòu)建與實(shí)體結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)映射的虛擬模型，將監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)加載到虛擬模型中，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可視化、仿真分析和智能決策。

*優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)、評估不同維護(hù)方案效果。

**（三）新材料與新工藝傳感器**

1.**光纖傳感的深化應(yīng)用**：

*分布式光纖傳感（BOTDR/BOTDA/DAS）技術(shù)不斷成熟，測量精度和速度進(jìn)一步提升，成本逐漸下降。

*開發(fā)新型光纖傳感器，如用于腐蝕監(jiān)測、應(yīng)力腐蝕開裂監(jiān)測的光纖傳感器。

2.**智能材料（如自修復(fù)混凝土、形狀記憶合金）**：

*將傳感功能集成到建筑材料本身，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的自感知和自愈合。

*屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的未來發(fā)展方向。

**（四）高精度測量技術(shù)融合**

1.**多源數(shù)據(jù)融合**：

*結(jié)合不同監(jiān)測技術(shù)（如GPS位移、應(yīng)變片應(yīng)力、激光應(yīng)變、無人機(jī)傾斜攝影等）的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析，提高評估結(jié)果的可靠性和全面性。

***實(shí)例**：結(jié)合應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體受力分析。

2.**無人機(jī)與機(jī)器人技術(shù)**：

*利用無人機(jī)搭載高清相機(jī)、激光雷達(dá)（LiDAR）、熱成像儀等進(jìn)行非接觸式監(jiān)測，快速獲取結(jié)構(gòu)表面變形、裂縫、溫度等信息。

*開發(fā)小型化、自主移動的機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部或難以到達(dá)部位的監(jiān)測。

一、結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測概述

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測是通過對建筑物、橋梁、隧道等工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)采集和分析，評估其結(jié)構(gòu)安全性能、變形狀態(tài)和受力情況的重要手段。通過科學(xué)監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，預(yù)防潛在風(fēng)險(xiǎn)，保障工程安全。

二、監(jiān)測方法分類及原理

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測方法主要分為以下幾類，每種方法基于不同的力學(xué)原理和測量技術(shù)。

（一）位移監(jiān)測方法

位移監(jiān)測主要用于測量結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形情況，是結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測的核心內(nèi)容之一。

1.激光測量技術(shù)

(1)激光掃描：利用激光束高精度測距原理，通過掃描整個結(jié)構(gòu)表面，獲取高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成三維變形圖。

(2)激光干涉儀：通過激光干涉原理測量微小位移，精度可達(dá)納米級，適用于精密監(jiān)測。

2.全球定位系統(tǒng)（GPS）

(1)衛(wèi)星定位：通過接收多顆衛(wèi)星信號，計(jì)算結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，適用于大范圍、長周期的監(jiān)測。

(2)基準(zhǔn)站技術(shù)：建立固定基準(zhǔn)站，定期校準(zhǔn)，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

（二）應(yīng)變監(jiān)測方法

應(yīng)變監(jiān)測用于測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布，判斷結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

1.電阻應(yīng)變片

(1)粘貼式應(yīng)變片：將應(yīng)變片粘貼在結(jié)構(gòu)表面，通過電阻變化計(jì)算應(yīng)變值，成本較低，應(yīng)用廣泛。

(2)導(dǎo)線式應(yīng)變片：適用于高溫或腐蝕環(huán)境，但安裝復(fù)雜。

2.鋼弦式傳感器

(1)工作原理：通過鋼弦振動頻率變化反映應(yīng)變大小，抗干擾能力強(qiáng)，適用于長期監(jiān)測。

(2)數(shù)據(jù)采集：通過讀數(shù)儀實(shí)時(shí)記錄頻率變化，計(jì)算應(yīng)變值。

（三）傾角與振動監(jiān)測方法

傾角和振動監(jiān)測主要用于評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)。

1.傾角監(jiān)測

(1)電子傾角儀：通過加速度計(jì)測量傾斜角度，適用于塔桅結(jié)構(gòu)等高聳工程。

(2)液體擺式傾角儀：利用液體表面水平原理，測量微小傾斜，精度較高。

2.振動監(jiān)測

(1)加速度傳感器：測量結(jié)構(gòu)振動加速度，分析頻率和振幅，判斷結(jié)構(gòu)動力特性。

(2)位移傳感器：測量結(jié)構(gòu)振動位移，適用于大跨度橋梁等柔性結(jié)構(gòu)。

三、監(jiān)測實(shí)施步驟

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測的實(shí)施需遵循科學(xué)流程，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性。

（一）監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

1.確定監(jiān)測目標(biāo)：明確監(jiān)測目的（如安全評估、變形分析等）。

2.選擇監(jiān)測方法：根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和監(jiān)測需求，選擇合適的監(jiān)測技術(shù)。

3.布置監(jiān)測點(diǎn)：在關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，確保覆蓋整個結(jié)構(gòu)受力區(qū)域。

（二）設(shè)備安裝與校準(zhǔn)

1.安裝監(jiān)測設(shè)備：按照設(shè)計(jì)位置固定傳感器，確保接觸良好。

2.校準(zhǔn)設(shè)備：使用標(biāo)準(zhǔn)儀器校準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備，誤差控制在±1%以內(nèi)。

3.連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，避免信號干擾。

（三）數(shù)據(jù)采集與分析

1.定時(shí)采集數(shù)據(jù)：根據(jù)監(jiān)測周期（如每日、每周）采集數(shù)據(jù)，避免遺漏。

2.數(shù)據(jù)處理：使用專業(yè)軟件（如MATLAB、ANSYS）分析位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，生成變形趨勢圖。

3.異常預(yù)警：設(shè)定閾值，當(dāng)數(shù)據(jù)超過安全范圍時(shí)自動報(bào)警。

（四）報(bào)告編制與維護(hù)

1.編制監(jiān)測報(bào)告：匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提出建議。

2.設(shè)備維護(hù)：定期檢查傳感器，更換損壞部件，確保持續(xù)監(jiān)測。

3.長期跟蹤：持續(xù)監(jiān)測，更新分析結(jié)果，為結(jié)構(gòu)維護(hù)提供依據(jù)。

四、監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測正向智能化、自動化方向發(fā)展。

（一）無線監(jiān)測技術(shù)

1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）：通過無線傳輸數(shù)據(jù)，減少布線成本，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

2.低功耗設(shè)計(jì)：延長傳感器電池壽命，實(shí)現(xiàn)長期無維護(hù)監(jiān)測。

（二）人工智能分析

1.機(jī)器學(xué)習(xí)：利用歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢。

2.智能預(yù)警：結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動識別異常并觸發(fā)報(bào)警。

**一、結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測概述**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測是通過對建筑物、橋梁、隧道、大壩、海洋平臺等工程結(jié)構(gòu)及其周邊環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)性的、有計(jì)劃的數(shù)據(jù)采集、分析和評估，以實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)在自重、環(huán)境荷載（如溫度、風(fēng)、水）、使用荷載等作用下的實(shí)際工作狀態(tài)和安全性能的技術(shù)手段。其核心目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論，評估結(jié)構(gòu)安全裕度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在損傷和異常變形，預(yù)測結(jié)構(gòu)長期性能變化，并為結(jié)構(gòu)的維護(hù)決策、加固設(shè)計(jì)和安全運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測不僅適用于新建工程在施工和運(yùn)營階段的質(zhì)量控制，也廣泛應(yīng)用于既有結(jié)構(gòu)的健康評估和風(fēng)險(xiǎn)管理工作。通過科學(xué)的監(jiān)測，可以有效預(yù)防工程事故，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

**二、監(jiān)測方法分類及原理**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測方法種類繁多，依據(jù)監(jiān)測對象和原理不同，主要可分為以下幾類：

**（一）位移監(jiān)測方法**

位移監(jiān)測是結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測中最基本、最重要的內(nèi)容之一，用于測量結(jié)構(gòu)在各類荷載作用下的整體或局部位置變化，反映結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)和穩(wěn)定性。

1.**激光測量技術(shù)**

(1)**激光掃描技術(shù)（LiDAR-LightDetectionandRanging）**：

***工作原理**：利用激光束發(fā)射器向目標(biāo)結(jié)構(gòu)發(fā)射脈沖激光，通過接收反射回來的激光信號，測量發(fā)射光與接收光之間的時(shí)間差（TimeofFlight,ToF），從而計(jì)算出到目標(biāo)點(diǎn)的距離。通過旋轉(zhuǎn)掃描鏡或移動掃描儀，獲取結(jié)構(gòu)表面大量點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X,Y,Z），形成高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

***實(shí)施步驟**：

a.**設(shè)站**：選擇開闊、穩(wěn)定的測站點(diǎn)，架設(shè)激光掃描儀。

b.**掃描**：啟動掃描程序，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位掃描，確保覆蓋所有監(jiān)測區(qū)域?？煞侄嗾?、多角度掃描以減少盲區(qū)。

c.**數(shù)據(jù)傳輸與處理**：將掃描原始數(shù)據(jù)（點(diǎn)云文件）傳輸至計(jì)算機(jī)，使用專業(yè)點(diǎn)云處理軟件（如CloudCompare,AutodeskReCap等）進(jìn)行拼接、去噪、濾波、分類等處理。

d.**特征提取與變形分析**：在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測線等特征，與初始掃描數(shù)據(jù)或參考模型進(jìn)行比對，計(jì)算點(diǎn)位坐標(biāo)變化量，生成位移矢量圖、變形云圖等。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量速度快，精度高（單點(diǎn)精度可達(dá)毫米級），非接觸式測量，可獲取復(fù)雜曲面變形。

***缺點(diǎn)**：易受環(huán)境因素（如粉塵、雨雪）影響，成本較高，數(shù)據(jù)后處理工作量大。

(2)**激光干涉儀（如激光測距儀、位移傳感器）**：

***工作原理**：基于光的干涉原理。當(dāng)激光通過精密分束器后，一部分光束射向固定反射鏡，另一部分射向移動目標(biāo)（或與目標(biāo)連動的反射面）。兩束光在分束器處匯合，形成干涉條紋。當(dāng)移動目標(biāo)位移時(shí)，光程差改變，導(dǎo)致干涉條紋發(fā)生移動。通過精確測量干涉條紋的移動數(shù)量或相位變化，可以計(jì)算出目標(biāo)的微小位移量（可達(dá)納米級）。

***應(yīng)用實(shí)例**：常用于測量橋梁伸縮縫的開啟量、大壩變形、精密設(shè)備振動等。

***優(yōu)點(diǎn)**：極高精度，穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：通常為點(diǎn)式測量，安裝需要精確對準(zhǔn)，易受環(huán)境溫度變化影響（空氣折射率變化）。

2.**全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)**

(1)**衛(wèi)星定位技術(shù)（GNSS-GlobalNavigationSatelliteSystem，如GPS,GLONASS,Galileo,BeiDou）**：

***工作原理**：利用分布在軌面上的多顆導(dǎo)航衛(wèi)星，向地面發(fā)射包含衛(wèi)星星歷、時(shí)間等信息的服務(wù)信號。地面接收機(jī)接收至少四顆及以上衛(wèi)星的信號，通過測量信號傳播時(shí)間，計(jì)算接收機(jī)與各衛(wèi)星之間的距離，再利用三維坐標(biāo)解算算法（如偽距三維定位、載波相位差分定位RTK等），確定接收機(jī)在三維空間中的精確位置。

***實(shí)施步驟**：

a.**基準(zhǔn)站建設(shè)**：在已知精確坐標(biāo)的位置建立基準(zhǔn)站，連續(xù)觀測并傳輸觀測數(shù)據(jù)。

***（可選）移動站/流動站觀測**：在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵測點(diǎn)上安裝GPS接收機(jī)，進(jìn)行觀測，獲取測點(diǎn)坐標(biāo)。

b.**數(shù)據(jù)后處理/實(shí)時(shí)解算**：

***靜態(tài)定位**：收集較長時(shí)間（如數(shù)小時(shí)）的觀測數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件（如TrimbleBusinessCenter,NovAtelBusinessCenter）進(jìn)行解算，精度較高（厘米級）。

***動態(tài)定位（RTK-Real-TimeKinematic）**：通過基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)發(fā)送差分改正數(shù)據(jù)，移動站可實(shí)時(shí)獲得高精度（厘米級）位置結(jié)果，適用于需要快速獲取變形信息的場景。

***優(yōu)點(diǎn)**：覆蓋范圍廣，操作簡便，可實(shí)現(xiàn)全天候、自動化監(jiān)測，適合大范圍、長周期位移監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：在室內(nèi)、地下、高大建筑物陰影區(qū)信號受遮擋；植被覆蓋下信號強(qiáng)度減弱；精度受衛(wèi)星幾何分布、大氣延遲等因素影響。

3.**全站儀（TotalStation）測量技術(shù)**

(1)**工作原理**：集成了光學(xué)經(jīng)緯儀和測距儀的功能。通過望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)的棱鏡，利用光學(xué)系統(tǒng)測量水平角、垂直角，再通過內(nèi)置的測距儀（通常為紅外測距）測量目標(biāo)距離，根據(jù)三角函數(shù)原理計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

(2)**實(shí)施步驟**：

a.**設(shè)站**：在已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀。

b.**定向**：照準(zhǔn)已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)（后視點(diǎn)），進(jìn)行水平盤和垂直盤的定向。

c.**觀測**：照準(zhǔn)各監(jiān)測點(diǎn)棱鏡，讀取并記錄水平角、垂直角和距離讀數(shù)。

d.**坐標(biāo)計(jì)算**：通過全站儀內(nèi)置程序或外業(yè)手簿計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

e.**數(shù)據(jù)處理**：將觀測數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，進(jìn)行平差計(jì)算，處理測量誤差，得到最終坐標(biāo)結(jié)果。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高（毫米級），操作相對簡單，可同時(shí)測量角度和距離，適用于地面或近地面的點(diǎn)位移監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：需要設(shè)站觀測，受通視條件限制，效率相對較低，不適合大范圍、自動化的長期監(jiān)測。

4.**引伸儀與拉線位移計(jì)**

(1)**工作原理**：通過測量兩端點(diǎn)之間距離的變化來確定位移。引伸儀通常通過內(nèi)置的位移傳感器（如電位計(jì)、差動變壓器）直接測量兩固定端點(diǎn)間的相對位移；拉線位移計(jì)則通過一根張緊的鋼絲，一端連接移動目標(biāo)，另一端連接固定的收繩器，通過測量鋼絲的伸縮量來推算目標(biāo)點(diǎn)的位移。

(2)**實(shí)施步驟（以引伸儀為例）**：

a.**安裝**：將引伸儀的兩個測量端分別牢固地安裝在結(jié)構(gòu)上相互靠近的兩個參考點(diǎn)上。確保安裝穩(wěn)固且兩端點(diǎn)連線盡量直。

b.**初始讀數(shù)**：施加預(yù)緊力（如設(shè)計(jì)要求），記錄初始讀數(shù)。

c.**定期觀測**：根據(jù)監(jiān)測頻率，重復(fù)讀取當(dāng)前讀數(shù)。

d.**位移計(jì)算**：當(dāng)前讀數(shù)與初始讀數(shù)之差即為兩點(diǎn)間的相對位移。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高，安裝簡單，可直接測量相對位移，適用于梁、板、索等構(gòu)件的變形監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：通常為點(diǎn)式或短距離測量，易受安裝點(diǎn)局部變形影響，長距離監(jiān)測時(shí)布設(shè)復(fù)雜。

**（二）應(yīng)變監(jiān)測方法**

應(yīng)變監(jiān)測旨在測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部某點(diǎn)沿特定方向的拉伸或壓縮變形程度，是評估結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和強(qiáng)度儲備的關(guān)鍵。

1.**電阻應(yīng)變片（StrainGauge）**

(1)**工作原理**：電阻應(yīng)變片是一種將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的敏感元件。它由敏感柵（由細(xì)金屬絲或箔制成）、基材、覆蓋層和引線組成。當(dāng)應(yīng)變片與被測結(jié)構(gòu)一起發(fā)生變形時(shí)，其敏感柵的幾何形狀（長度和截面積）和電阻率會發(fā)生變化，導(dǎo)致電阻值相應(yīng)改變。通過精確測量電阻值的變化，利用惠斯通電橋等電路，可以計(jì)算出應(yīng)變值（με=ΔR/R*F(R,S,ε)，其中F是修正函數(shù)）。

(2)**類型與選擇**：

***金屬絲式應(yīng)變片**：靈敏度高，成本較低，但易受溫度影響，適用于常溫監(jiān)測。

***金屬箔式應(yīng)變片**：柔韌性好，可粘貼在復(fù)雜曲面上，散熱性好，精度高，應(yīng)用最廣泛。

***半導(dǎo)體應(yīng)變片**：靈敏系數(shù)極高，體積小，但易受溫度影響嚴(yán)重，需配合溫度補(bǔ)償措施使用。

***選擇依據(jù)**：考慮結(jié)構(gòu)工作溫度、環(huán)境腐蝕性、應(yīng)變幅值、測量精度要求等因素。

(3)**實(shí)施步驟**：

a.**表面處理**：清潔安裝應(yīng)變片位置的混凝土、鋼結(jié)構(gòu)表面，去除浮漿、油污、銹蝕等，確保粘結(jié)良好。

***粘貼**：涂布專用膠粘劑，將應(yīng)變片按照預(yù)定方向粘貼在處理好的表面上。注意施壓均勻，避免氣泡。

***防護(hù)**：在應(yīng)變片表面覆蓋防護(hù)層（如應(yīng)變片膠、云母片、環(huán)氧樹脂等），保護(hù)應(yīng)變片免受環(huán)境侵蝕和物理損傷。

***導(dǎo)線連接**：連接導(dǎo)線至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，注意絕緣處理，防止短路。

***組橋與補(bǔ)償**：根據(jù)測量需求，將多個應(yīng)變片組成惠斯通電橋（單臂、半橋、全橋等），必要時(shí)配置溫度補(bǔ)償片。

***標(biāo)定與測試**：施加已知應(yīng)變，檢查測量系統(tǒng)是否正常工作，必要時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。

***數(shù)據(jù)采集**：使用應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀或應(yīng)變儀，按照設(shè)定的頻率采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。

(4)**優(yōu)點(diǎn)**：測量精度高，成本相對較低，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。

(5)**缺點(diǎn)**：為有損測量（需在結(jié)構(gòu)表面開槽或打磨），易受安裝質(zhì)量、環(huán)境因素（溫度、濕度、腐蝕）影響，信號傳輸易受干擾。

2.**鋼弦式傳感器（VibratingWireStrainSensor）**

(1)**工作原理**：內(nèi)部包含一根鋼弦，鋼弦張緊狀態(tài)下的振動頻率與其張力成正比。當(dāng)傳感器感受到應(yīng)變時(shí)，內(nèi)部彈性元件變形，帶動鋼弦張力變化，從而使鋼弦振動頻率發(fā)生改變。通過測量頻率變化量，即可換算出應(yīng)變值。傳感器通常還包含溫度傳感器（如熱敏電阻），用于溫度補(bǔ)償。

(2)**實(shí)施步驟**：

a.**鉆孔與埋設(shè)**：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面鉆孔，將傳感器埋入預(yù)定位置。確保傳感器與結(jié)構(gòu)變形區(qū)域有效協(xié)同。

b.**灌漿**：在傳感器周圍澆筑早強(qiáng)、無收縮的灌漿料，固定傳感器并傳遞荷載。灌漿質(zhì)量至關(guān)重要。

c.**預(yù)張與調(diào)平**：對鋼弦進(jìn)行預(yù)緊，調(diào)整傳感器初始狀態(tài)。部分傳感器有調(diào)平功能，確保測量方向正確。

d.**接線與供電**：連接傳感器至數(shù)據(jù)采集儀，按照設(shè)備要求供電。傳感器通常自帶溫度測量功能。

***（可選）初始標(biāo)定**：在安裝后或特定階段，對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，建立頻率-應(yīng)變關(guān)系。

e.**長期監(jiān)測**：傳感器可長期埋設(shè)，通過定期或自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取頻率和溫度數(shù)據(jù)。

f.**數(shù)據(jù)解算**：使用專用軟件或公式，根據(jù)讀取的頻率和溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算出應(yīng)變和溫度修正后的應(yīng)變值。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：無源（電池壽命長，可達(dá)數(shù)十年），抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，精度高，適用于長期、深埋或惡劣環(huán)境下的監(jiān)測。

(4)**缺點(diǎn)**：成本較高，安裝埋設(shè)復(fù)雜，修復(fù)困難，數(shù)據(jù)讀取通常需要專業(yè)設(shè)備。

3.**光纖傳感技術(shù)（FiberOpticSensing）**

(1)**原理概述**：利用光纖作為傳感介質(zhì)，通過測量光纖中光信號（如相位、振幅、頻率、偏振態(tài)）的變化來感知外界物理量（如應(yīng)變、溫度、壓力等）。主要技術(shù)包括：

***光纖光柵（FBG-FiberBraggGrating）**：在光纖中通過紫外光寫入周期性折射率變化，形成一個窄帶反射中心。當(dāng)光纖受應(yīng)變或溫度變化時(shí)，光柵的布拉格反射波長會發(fā)生偏移。通過解調(diào)系統(tǒng)測量波長偏移量，即可確定應(yīng)變和溫度。

***分布式光纖傳感（如BOTDR,BOTDA,DAS）**：利用激光脈沖沿光纖傳輸，通過測量返回光的光時(shí)域波形或光強(qiáng)分布，實(shí)現(xiàn)對光纖沿線應(yīng)變和溫度的分布式、連續(xù)測量。

(2)**實(shí)施步驟（以FBG為例）**：

a.**FBG制作與安裝**：制作FBG傳感器，將其埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部或粘貼在結(jié)構(gòu)表面。

b.**解調(diào)系統(tǒng)連接**：將FBG連接至光纖光柵解調(diào)儀。

c.**系統(tǒng)校準(zhǔn)**：進(jìn)行系統(tǒng)級校準(zhǔn)，建立波長與應(yīng)變/溫度的對應(yīng)關(guān)系。

d.**數(shù)據(jù)采集**：解調(diào)儀自動掃描并記錄各FBG傳感器的反射波長。

e.**數(shù)據(jù)處理**：根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果，計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)變和溫度值。

(3)**優(yōu)點(diǎn)**：抗電磁干擾，耐腐蝕，可制成分布式測量，光纖本身柔韌，適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

(4)**缺點(diǎn)**：系統(tǒng)成本高，對安裝和連接要求較高，數(shù)據(jù)處理相對復(fù)雜。

**（三）傾角與振動監(jiān)測方法**

傾角和振動監(jiān)測主要用于評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（如傾斜、沉降）和動力響應(yīng)特性（如自振頻率、振幅）。

1.**傾角監(jiān)測**

(1)**電子傾角儀（電子水平儀）**：

***工作原理**：基于加速度傳感原理。當(dāng)儀器傾斜時(shí)，內(nèi)部加速度計(jì)感受到重力加速度的分量變化，通過測量該分量，計(jì)算出傾斜角度。通常包含兩個互相垂直的加速度傳感器（一個測量橫傾，一個測量縱傾）。

***實(shí)施步驟**：

a.**安裝**：將傾角儀固定在結(jié)構(gòu)頂部、塔身等關(guān)鍵部位，確保安裝穩(wěn)固且與結(jié)構(gòu)協(xié)同變形。

b.**初始讀數(shù)**：在結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，記錄初始傾斜角度。

c.**定期觀測**：根據(jù)監(jiān)測頻率，重復(fù)讀取傾斜角度。

d.**數(shù)據(jù)記錄**：將數(shù)據(jù)傳輸至記錄儀或計(jì)算機(jī)。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量范圍寬，可同時(shí)測量兩個方向的傾斜，使用相對簡單。

***缺點(diǎn)**：為點(diǎn)式測量，易受結(jié)構(gòu)局部變形影響，對安裝精度要求高。

(2)**液體擺式傾角儀**：

***工作原理**：利用液體的表面始終水平（在重力作用下）的特性。儀器內(nèi)部有一個氣泡或液滴，通過測量氣泡（或液滴）偏離中心位置的距離來確定傾斜角度。

***優(yōu)點(diǎn)**：原理簡單，穩(wěn)定性好，抗沖擊能力強(qiáng)。

***缺點(diǎn)**：測量精度相對較低，響應(yīng)速度慢，需人工讀數(shù)或配合自動讀數(shù)裝置。

2.**振動監(jiān)測**

(1)**加速度傳感器（Accelerometer）**：

***工作原理**：基于慣性原理。當(dāng)傳感器與結(jié)構(gòu)一起振動時(shí)，內(nèi)部質(zhì)量塊因慣性力作用而相對于傳感器殼體運(yùn)動，通過測量該慣性力（通常轉(zhuǎn)換為電壓信號），可以計(jì)算出加速度值。

***實(shí)施步驟**：

a.**安裝**：將加速度傳感器固定在結(jié)構(gòu)的代表性部位（如頂部、基礎(chǔ)等），確保與結(jié)構(gòu)牢固連接。

b.**標(biāo)定**：使用標(biāo)準(zhǔn)振動臺或力錘進(jìn)行標(biāo)定，確定傳感器的靈敏度（mV/g）和頻率響應(yīng)特性。

c.**數(shù)據(jù)采集**：連接傳感器至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ），設(shè)置采樣頻率（通常遠(yuǎn)高于結(jié)構(gòu)自振頻率，如100Hz-1kHz）。采集時(shí)記錄結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)信號。

d.**數(shù)據(jù)處理**：使用專業(yè)軟件（如Spectrum,MATLAB）對采集到的時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析其頻譜特性（如自振頻率、阻尼比、振幅等）。

***優(yōu)點(diǎn)**：測量范圍寬，頻率響應(yīng)高，結(jié)構(gòu)緊湊，可進(jìn)行多點(diǎn)同步監(jiān)測。

***缺點(diǎn)**：對安裝方式敏感（需注意傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合），易受環(huán)境噪聲干擾。

(2)**位移傳感器（DisplacementSensor）**：

***工作原理**：測量結(jié)構(gòu)振動時(shí)某點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的位移量。常見類型有：

***電渦流傳感器（EddyCurrentProbe）**：利用高頻電磁場在導(dǎo)電目標(biāo)（如金屬結(jié)構(gòu)件）表面產(chǎn)生渦流，通過測量傳感器與目標(biāo)之間的距離變化來反映位移。

***激光位移傳感器**：同激光掃描技術(shù)中的位移測量原理，用于測量振動位移。

***差動變壓器（LVDT）**：通過測量鐵芯在差動線圈中的位移來反映被測點(diǎn)的位移。

***實(shí)施步驟（以電渦流傳感器為例）**：

a.**安裝**：將傳感器探頭固定在結(jié)構(gòu)上，確保探頭端部與被測點(diǎn)（通常是鋼結(jié)構(gòu)件表面）保持良好接觸或近距離。

b.**基準(zhǔn)建立**：通常需要建立一個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。

c.**數(shù)據(jù)采集**：連接傳感器至DAQ，采集振動時(shí)程數(shù)據(jù)。

d.**數(shù)據(jù)處理**：分析位移時(shí)程和頻譜，獲取振動特性參數(shù)。

***優(yōu)點(diǎn)**：直接測量物理位移，抗磁干擾能力強(qiáng)。

***缺點(diǎn)**：測量范圍相對有限，電渦流傳感器需與金屬表面接觸或極近距離，激光傳感器易受環(huán)境干擾。

**三、監(jiān)測實(shí)施步驟**

結(jié)構(gòu)力學(xué)監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)施需要遵循科學(xué)、規(guī)范化的流程，以確保監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。

**（一）監(jiān)測方案設(shè)計(jì)**

1.**明確監(jiān)測目標(biāo)**：

*詳細(xì)闡述需要進(jìn)行監(jiān)測的具體問題，例如：驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算、評估施工期結(jié)構(gòu)受力、監(jiān)測運(yùn)營期結(jié)構(gòu)長期變形、檢測異?，F(xiàn)象原因、評估抗震性能等。

*確定需要重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)構(gòu)部位或構(gòu)件。

2.**設(shè)定監(jiān)測指標(biāo)**：

*列出需要監(jiān)測的具體物理量，如：沉降量、水平位移、傾斜角、裂縫寬度、應(yīng)變、溫度、風(fēng)速、加速度、位移等。

*為每個監(jiān)測指標(biāo)設(shè)定合理的監(jiān)測頻率（如每日、每周、每月、每年）、測量精度要求和報(bào)警閾值。

3.**選擇監(jiān)測方法與設(shè)備**：

*根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)、監(jiān)測指標(biāo)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境條件、預(yù)算等因素，選擇最合適的監(jiān)測技術(shù)（如GPS、激光掃描、應(yīng)變片、加速度傳感器等）。

*選擇性能可靠、精度滿足要求的監(jiān)測設(shè)備，并考慮設(shè)備的安裝、維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸便利性。

4.**布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)**：

*在結(jié)構(gòu)上選擇具有代表性的部位布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，確保能反映結(jié)構(gòu)的整體變形趨勢和關(guān)鍵部位的受力狀態(tài)。

*繪制監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖和立面圖，標(biāo)明點(diǎn)位編號、坐標(biāo)、高程以及與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的關(guān)系。

*說明監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)時(shí)對結(jié)構(gòu)可能造成的影響，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

5.**制定監(jiān)測計(jì)劃**：

*規(guī)劃監(jiān)測周期、持續(xù)時(shí)間、數(shù)據(jù)采集和傳輸方式、數(shù)據(jù)存儲格式、數(shù)據(jù)處理和分析流程。

*明確監(jiān)測人員職責(zé)、安全操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案。

**（二）監(jiān)測設(shè)備安裝與校準(zhǔn)**

1.**監(jiān)測點(diǎn)準(zhǔn)備**：

*清潔監(jiān)測點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)表面，確保足夠的空間和合適的表面狀態(tài)（如打磨平整、無油污、無銹蝕）。

*根據(jù)需要制作安裝基座或預(yù)留安裝孔洞，確保傳感器安裝穩(wěn)固且與結(jié)構(gòu)協(xié)同變形。

2.**傳感器安裝**：

*按照選定的監(jiān)測方法和設(shè)備說明進(jìn)行安裝。注意傳感器的方向、標(biāo)高和緊固方式。

*對于需要埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳感器（如鋼弦計(jì)、光纖光柵），嚴(yán)格按照埋設(shè)工藝操作，確保灌漿質(zhì)量。

*對于表面安裝的傳感器（如應(yīng)變片、傾角儀、加速度計(jì)），確保粘貼或固定牢固，并進(jìn)行必要的防護(hù)處理（如防水、防腐蝕）。

3.**數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接**：

*連接傳感器與數(shù)據(jù)采集儀（DAQ），檢查接線是否正確、牢固，避免短路或斷路。

*設(shè)置數(shù)據(jù)采集儀的采樣頻率、量程、通道等參數(shù)。

4.**設(shè)備標(biāo)定**：

*對所有監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，以確定其測量讀數(shù)與實(shí)際物理量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。標(biāo)定應(yīng)在設(shè)備安裝前或安裝后進(jìn)行，選擇合適的標(biāo)定設(shè)備和方法（如標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變梁、振動臺