大型结构健康监测的无线传感系统

无线传感系统是将传感单元采集的数据经由无线方式发送至计算中心并按照监测系统的特点对数据进行处理的系统。简要介绍了无线传感系统的主体架构，近年来的研究成果，主要的技术问题和该系统在大型结构健康监测等领域中的应用前景，并且展示了一套自主研发的无线传感系统及其主要工作参数，如系统工作频段、工作模式等。     

空间结构健康监测研究现状与展望

空间结构是大跨度、大空间和大面积建筑结构的主要形式,在国家基础设施与城市建设领域有广泛应用,其结构安全性至关重要。空间结构健康监测通过传感技术准确获取结构响应,实时反映结构的性能状态,为空间结构施工、运营与管理决策提供科学的依据与指导。经过多年的研究和工程实践,已经发展了适合大型空间结构的物联网无线传感监测技术,建立了多维数据分析理论,并在国家体育场、国家速滑馆、北京大兴国际机场航站楼等重大工程中实现规模化应用,取得了阶段性研究进展。通过对空间结构健康监测的研究及应用现状进行系统总结,疏理空间结构健康监测的特点,围绕荷载与响应多维传感及大面域传输网络综述了其传感监测技术的研究现状,归纳了结构荷载分析、响应分析以及结构状态评估的监测数据分析理论。同时,基于融合大数据、云计算以及人工智能展望其未来研究方向,旨在进一步推动空间结构健康监测的创新与发展。     

Research status and future prospects of space structure health monitoring

空间结构是大跨度、大空间和大面积建筑结构的主要形式，在国家基础设施与城市建设领域有广泛应用，其结构安全性至关重要。空间结构健康监测通过传感技术准确获取结构响应，实时反映结构的性能状态，为空间结构施工、运营与管理决策提供科学的依据与指导。经过多年的研究和工程实践，已经发展了适合大型空间结构的物联网无线传感监测技术，建立了多维数据分析理论，并在国家体育场、国家速滑馆、北京大兴国际机场航站楼等重大工程中实现规模化应用，取得了阶段性研究进展。通过对空间结构健康监测的研究及应用现状进行系统总结，疏理空间结构健康监测的特点，围绕荷载与响应多维传感及大面域传输网络综述了其传感监测技术的研究现状，归纳了结构荷载分析、响应分析以及结构状态评估的监测数据分析理论。同时，基于融合大数据、云计算以及人工智能展望其未来研究方向，旨在进一步推动空间结构健康监测的创新与发展。     

钢管混凝土拱桥吊杆损伤分布式识别

随着工程结构的日益大型化和复杂化,结构损伤检测时需要布置大量的传感器.传统的集中采集和处理的技术将难以胜任海量数据的处理要求.有利于降低成本,密集布置的无线智能传感器就成为大型结构健康监测系统的最佳选择.采用分布式损伤识别方法是密集布排的无线传感测试系统的必然要求.针对拱桥吊杆损伤的问题提出应用于无线传感网络的分布式识别技术.以一混凝土钢管拱桥为实验平台,松动吊杆端部锚具制造不同程度的松弛损伤,对损伤前后拱桥进行振动测试,按照网络拓扑情况,利用功率谱密度曲率差法进行损伤识别分析.结果表明:分布式损伤识别技术能够成功识别拱桥吊杆损伤,并且该方法可以应用到其他密集布排无线传感器的大型复杂结构的健康监测和检测中.     

基于智能传感技术的广东科学中心隔震系统实时监测研究

大型土木工程结构在建造和使用过程中,因各种自然或人为因素的作用,不可避免地会发生构件损伤,影响结构的安全和使用。采用无线智能传感技术对广东科学中心E区隔震结构开展了健康监测研究,建立结构安全状态的预测和评价方法,实现对该结构的实时监测。首先介绍广东科学中心E区巨型框架结构健康监测的重要性和意义,简要说明无线智能健康监测系统的组成、巨型柱下隔振支座的布置形式及广东科学中心E区巨型框架结构变形测点的布设。通过实测变形数据的统计分析方法研究环境温度变化对采用隔振技术的大跨度钢结构的影响,拟合温度与位移(应变)之间的线性关系,结果表明变形与温度的相关性较好,另外,结构变形还受其他相关因素的影响。在正常使用、支座屈服和极限条件的基础上,提出隔震体系变形的三级预警指标,并对相应的处置措施进行界定,实现E区隔震结构的实时监控。     

某钢结构廊桥施工吊装过程监测

介绍基于无线传感的监测技术在钢结构廊桥施工吊装过程中的应用.该廊桥工程采用吊装提升方法,由于结构布置形式复杂、跨度和自重大、吊装位置高等特点,两侧结构以及吊装部分结构的受力和变形均发生明显变化,与结构正常设计使用状态相比存在很大差异.为此,利用基于无线传感技术的应力和加速度监测系统以及全自动测量机器人对整个施工提升过程中结构的应力、振动和变形进行了实时监测,保证了整个吊装部分结构在施工提升过程中的安全.     

光纤光栅传感技术在水泥工业中的应用

传感检测技术和器件已广泛应用于当前水泥工业,但其应用的主要目的是辅助进行水泥生产工序的连锁控制,简单的设备保护,尚未见系统化的针对装备整机运行状态进行故障诊断与健康管理的监测系统。因受限于现有电测传感器件如电阻、应变片等的测点参数的单一性和抗干扰抗环境噪声能力弱,对大量分布传感数据的精确获取较难,且水泥大型装备多有旋转部件,以至国内外现有工程检测水平还无法真正满足对大型水泥装备系统运行状态进行透彻感知以及动态监测与智能诊断。鉴于光纤光栅技术的先进性与实用性,故将其引入水泥工业,开发相应的新型传感器件,解决传统电测传感检测技术无法解决的难题,完成大型复杂水泥装备系统运行状态的在线、实时、动态、分布式测量,以及多场耦合、多点同时测量等,保证能够真正实现恶劣工况环境和复杂系统中水泥装备运行多维状态物理量的智能感知和特征信息的全面获取。     

土木结构健康监测与无线加速传感器的应用

近年来大型土木工程结构健康监测技术已成为世界范围内研究的热点课题，作为关键问题之一的实际工程结构健康监测系统的设计和实施也愈来愈受到人们的重视。以新兴的无线传感网络技术为核心的结构健康监测技术，在土木工程结构健康监测中也得到了广泛的推广和应用，为获取结构状态信息、结构安全运营和系统实现提供了一条崭新的途径。     

大跨空间钢结构累积旋转滑移施工技术

随着空间结构的复杂化、多样化,单一的常规施工技术已经满足不了要求;针对大跨度空间折面结构采用累计旋转滑移施工技术,该方法运用国内外先进的全程计算机控制的多点液压同步推进技术,传感监测系统,计算机控制系统,滑移过程稳定性控制、钢结构变形监测对滑移全过程进行全方位监测,深圳大运中心主体育馆成功采用该技术。该技术在大型体育场馆等建设中有着广泛的应用前景。     

斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现(II):系统实现

采用“斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现(I)-系统设计”中所建立的设计方法,分别为两座大型斜拉桥设计并实现长期实时健康监测系统和定期实时健康监测系统:滨州黄河公路大桥长期实时健康监测系统和哈尔滨松花江大桥定期实时健康监测系统。研究两座大型斜拉桥结构健康监测系统的总体设计方案、子系统的设计方案和硬软件设备及其实现、系统的集成技术及其实现方法;分析两套健康监测系统在成桥试验和运营中监测的桥梁结构荷载和静动力反应。结果表明,两座斜拉桥结构健康监测系统均能协调运行,实现了预期设计功能;系统中布设的光纤光栅应变和温度传感器测试精度高、耐久性好、抗电磁干扰性能强;系统中建立的远程无线微波通讯系统可以实时传输和再现监测信号。     

斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现(Ⅱ):系统实现

采用"斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现(Ⅰ)-系统设计"中所建立的设计方法,分别为两座大型斜拉桥设计并实现长期实时健康监测系统和定期实时健康监测系统滨州黄河公路大桥长期实时健康监测系统和哈尔滨松花江大桥定期实时健康监测系统.研究两座大型斜拉桥结构健康监测系统的总体设计方案、子系统的设计方案和硬软件设备及其实现、系统的集成技术及其实现方法;分析两套健康监测系统在成桥试验和运营中监测的桥梁结构荷载和静动力反应.结果表明,两座斜拉桥结构健康监测系统均能协调运行,实现了预期设计功能;系统中布设的光纤光栅应变和温度传感器测试精度高、耐久性好、抗电磁干扰性能强;系统中建立的远程无线微波通讯系统可以实时传输和再现监测信号.     

物联网健康监测系统在钢结构工程中的应用与研究

研发了一种基于物联网的建筑结构全寿命健康监测系统,对该系统的组织架构、主要子系统的功能和传感器的组网进行了介绍,以中牟领头雁大型钢结构工程为例,利用无线传感网络技术布置了温度、位移、应变等传感器并完成组网,该系统具有实时性好,整体性强、可视化程度高等诸多特点,实现了对建筑结构的实时、远程、在线监测和不良状况的预警,提高了建筑结构的运营水平,为结构的安全服役提供了可靠的保障,对经济和社会的可持续发展具有重大意义,可广泛应用于建筑领域。     

无线传感器网络在桥梁健康监测中的应用

阐述了结构健康监测系统的基本概念和构成体系.通过无线传感器网络的建设,对桥梁结构进行静载试验和动载试验,利用静态测试数据的传感技术和实时动态监测的信号来对结构损伤部位进行分析,使无线传感器监测系统满足结构的健康监测要求.     

大型盾构隧道结构健康监测系统设计研究

为了保证隧道施工过程和长期运营的结构安全,针对隧道结构形式、施工方法和所处环境等工程特点,设计和实施隧道结构健康监测系统(TSHMS)是保障结构安全的主要方法之一。根据南京长江公路隧道建设条件复杂的工程特点和长期运营安全监测的需要,通过对各种传感测试技术的比较研究,采用以光纤传感测试技术为主的长效监测技术实现长期监测,研究大型盾构隧道结构健康监测系统的设计研究方法。通过总结设计研究过程的主要成果,为同类盾构隧道结构健康监测系统实施提供参考和借鉴。     

基于物联网的综合管廊自动化监测系统应用与分析

为解决传统管廊变形监测中人工成本高、效率低和频率受气候影响等问题,依托上海市软土地区某深大型基坑附近既有管廊的保护,开发设计1套管廊自动化监测及预警系统,利用物联网技术实现传感器自由组网、监测数据实时采集、无线数据快速传输、远程智能控制、自动化数据分析与处理.工程应用表明,该系统能在项目施工周期内全天候对综合管廊实时、...     

雄安站屋盖钢结构无线健康监测系统设计与开发

雄安站屋盖呈椭圆形平面,长轴为450m,短轴为355.5m,其主体结构采用大跨度空间钢结构体系.为了探究该屋盖结构实际受力与变形状态,提高结构运营期间的安全性,设计并开发针对雄安站屋盖结构的无线健康监测系统.详细介绍传感器选型和测点布设方案,建立以应变、位移和温度传感器为基础的全方位结构健康监测感知层,构建以传感器节点、通信路由节点与基站进行数据信息交互的树形网络拓扑传输层,开发集成数据查询、设备管理和报警维护等多种功能的结构监测智慧平台分析层.现场实测数据的分析结果验证了该无线健康监测系统的有效性.该无线健康监测系统的应用,实现了对结构状态的实时掌握,有助于保障雄安站的安全运维.     

一种预应力监测无线智能螺栓及系统

对桥梁、沿土等工程领域的大型结构预应力监测相当重要。大型结构常使用螺栓固定各部件,当大型结构发生倾斜等故障时,用于固定各部件的螺栓所承载的应力将发生变化。本文研究设计一种无线智能螺栓及监测系统,可以实时监测这些螺栓所承载的预应力。该无线智能螺栓不仅可以单独使用,而且可以组网使用,从而灵活地对大型结构的预应力、结构平衡等进行监测。同时,本文论述了两种系统工作模式及其算法,该工作模式只是本系统的典型工作模式,针对具体工程应用,工作模式可以改变。     

土木结构的光纤光栅与布里渊共线测试技术

针对目前分布式应变测试技术存在精度和空间分辨率均较低、采样频率低、系统造价高等缺点,以及高精度的单点应变测试技术无法解决范围广、距离长、变形大、位置隐蔽等特征的结构损伤监测问题,考虑实际工程传感器布设占据结构健康监测系统造价的极大比例,提出将光纤布里渊全尺度传感技术和准分布式高精度光纤布拉格光栅测试技术相结合构建融合全尺度分布式和局部高精度共线的智能监测方法与集成系统,并研制开发出支持该技术方便实施的高强、高耐久性传感探头,即无焊点超长尾纤光纤光栅—纤维增强聚合物复合智能筋,通过三点弯曲钢筋混凝土梁应变分布试验和实体平行钢丝拉索索力测试试验,验证了该系统的有效性和突出优点。该技术有望为实际大规模、大跨度复杂结构提供理想的损伤监测手段。     

如皋长江大桥健康监测无线传感网络的研究

如皋长江大桥健康监测系统研究的无线传感网络主要是为了解决传统传感器布线困难、后期维护不变等缺点,同时基于该项目的应用为南通地区主要大型公路桥梁健康监测网的建设奠定技术基础。     

薄膜结构健康监测系统和自修复材料的应用现状

大跨度薄膜结构由于积雪、台风和冲击等恶劣荷载条件而大量破坏,有必要研究适用于薄膜结构的健康监测技术。从薄膜结构独特的力学特性和施工工艺出发,明确其监测需求、技术难点等,分析黏贴于薄膜基材的传感器和无源无线传感技术,用于构建大表面积薄膜结构的新型健康监测系统。针对薄膜结构在服役中出现的小型损伤,介绍自修复薄膜材料的最新研究成果,以实现自我修复功能和薄膜结构的智能化提供参考。