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重大工程的動力災變學術著作叢書“十三五”國家重點圖書出版規劃項目結構健康監測數據科學與工程 版權信息
- ISBN：9787030491015
- 條形碼：9787030491015 ; 978-7-03-049101-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
重大工程的動力災變學術著作叢書“十三五”國家重點圖書出版規劃項目結構健康監測數據科學與工程 內容簡介
本書系統地總結和闡述了結構健康監測數據科學與工程的理論、方法和應用的主要研究成果。-3章是數字信號處理分析的基礎理論和數據壓縮采集及無線傳輸算法；第4-5章是結構模態分析與識別方法；第6-7章是結構損傷識別和模型修正方法；第8-10章是車輛荷載識別與建模方法；1章是基于應變監測的結構安全評定方法；2-13章是拉索索力識別算法與安全評定方法；4-15章是結構風工程監測數據分析方法和地震損傷識別算法；6章是結構健康監測的Benchmark模型。
重大工程的動力災變學術著作叢書“十三五”國家重點圖書出版規劃項目結構健康監測數據科學與工程 目錄
目錄
前言
主要符號
第0章 緒論 1
0.1 結構健康監測的研究與應用概況 1
0.1.1 傳感技術 3
0.1.2 數據科學與工程 12
0.2 結構損傷識別與模型修正 23
0.2.1 模態參數識別 23
0.2.2 結構損傷識別 28
0.2.3 結構模型修正 40
0.3 結構健康監測數據分析建模與安全評定 44
0.3.1 監測數據分析 44
0.3.2 監測數據建模與安全評定 49
0.4 結構災害監測數據分析與評估 57
0.4.1 結構風效應監測數據分析 57
0.4.2 結構地震非線性模型識別與評估 61
0.5 結構健康監測的Benchmark模型 66
0.6 結構健康監測系統的應用 69
0.6.1 橋梁結構 69
0.6.2 國家游泳中心 79
0.6.3 某高層建筑 81
0.6.4 結構健康監測管理軟件系統平臺 82
第1章 數字信號的基礎知識 86
1.1 傅里葉變換 86
1.2 離散信號的傅里葉變換與快速傅里葉變換 87
1.2.1 離散傅里葉變換 87
1.2.2 快速傅里葉變換 88
1.2.3 柵欄效應 88
1.2.4 頻率分辨率 89
1.2.5 能量泄漏與加窗 90
1.3 采樣定理 93
1.4 拉普拉斯變換 96
1.4.1 拉普拉斯變換的定義 96
1.4.2 拉普拉斯變換的函數微分性質 98
1.5 信號濾波與去噪 98
1.5.1 濾波 99
1.5.2 小波去噪 102
第2章 數據壓縮采樣 104
2.1 數據壓縮采樣的數學原理 104
2.1.1 壓縮感知問題描述 104
2.1.2 稀疏性 105
2.1.3 測量矩陣 106
2.1.4 優化求解算法 106
2.2 應用實例 108
2.2.1 橋梁監測加速度壓縮采樣 108
2.2.2 大跨空間結構監測加速度壓縮采樣 117
第3章 無線傳輸數據丟失恢復算法 121
3.1 無線傳輸數據丟失概述 121
3.2 無線傳輸數據丟失恢復算法 126
3.2.1 無測量噪聲的數據丟失恢復算法 126
3.2.2 有測量噪聲的數據丟失恢復算法 127
3.3 應用實例 128
3.3.1 橋梁監測數據丟失恢復 128
3.3.2 大跨空間結構監測數據丟失恢復 140
第4章 結構模態分析理論基礎 144
4.1 單自由度結構的頻響函數和脈沖響應函數 144
4.1.1 線性黏滯阻尼動力系統 144
4.1.2 線性結構阻尼動力系統 148
4.1.3 頻響函數曲線性質 150
4.1.4 不同荷載作用下結構頻響函數和脈沖響應函數 155
4.2 多自由度結構頻響函數 159
4.3 多自由度結構實模態頻響函數和脈沖響應函數 163
4.3.1 多自由度結構模態參數 163
4.3.2 多自由度結構實模態頻響函數與單位脈沖響應函數 166
4.3.3 算例分析 168
4.4 多自由度結構復模態頻響函數 174
4.4.1 線性黏滯阻尼動力系統 174
4.4.2 線性結構阻尼動力系統 179
4.4.3 復模態性質 180
4.4.4 復模態頻響函數及脈沖響應函數 181
4.4.5 算例分析 184
第5章 環境激勵下結構模態參數識別方法 188
5.1 頻域分解法 188
5.2 NExT法與ERA法 192
5.2.1 NExT法 192
5.2.2 ERA法 195
5.3 隨機子空間方法 202
5.4 時變環境結構模態參數分析 208
5.4.1 主成分分析方法 208
5.4.2 神經網絡建模方法 212
5.5 應用實例 214
5.5.1 結構健康監測系統概況 214
5.5.2 結構模態參數識別結果 215
5.5.3 環境因素與模態參數關系模型 222
第6章 結構損傷識別方法 233
6.1 基于模態參數的結構損傷識別方法 233
6.1.1 基于頻率的結構損傷識別方法 233
6.1.2 基于振型的結構損傷識別方法 235
6.2 結構損傷識別信息融合方法 238
6.2.1 D-S證據理論 238
6.2.2 Bayesian推理 241
6.2.3 D-S證據理論與Bayesian推理的比較 242
6.2.4 基于信息融合的結構損傷識別方法 246
6.3 算例分析 249
6.3.1 橋梁有限元模型 249
6.3.2 結構損傷識別結果 250
第7章 結構模型修正 255
7.1 模態參數靈敏度方法 255
7.1.1 結構模態參數靈敏度 255
7.1.2 結構參數估計方法 257
7.2 Bayesian概率方法 261
7.3 應用實例 264
7.3.1 斜拉橋子結構特征 264
7.3.2 待修正結構參數 268
7.3.3 修正結構參數 270
第8章 車輛荷載極值模型與疲勞荷載譜 273
8.1 車輛荷載監測數據特征 273
8.2 隨機過程概率模型與極值概率模型 277
8.2.1 濾過Poisson過程與極值概率模型 277
8.2.2 濾過Weibull過程與極值概率模型 279
8.2.3 平穩二項隨機過程與極值概率模型 279
8.2.4 更新過程與極值概率模型 281
8.3 基于監測數據的車輛荷載極值建模與概率模型 284
8.3.1 截口分布概率模型 284
8.3.2 到達時間概率模型 287
8.3.3 極值概率模型數值計算方法 288
8.3.4 應用實例 291
8.4 基于監測數據的車輛疲勞荷載譜建模與模型 298
8.4.1 中國車輛分類 298
8.4.2 車輛疲勞荷載譜 300
8.4.3 車流量預測Logistic方法 302
8.4.4 應用實例 303
第9章 車輛荷載時空分布識別與建模 307
9.1 車輛荷載時空分布識別方法 307
9.1.1 二值圖像形態學方法 308
9.1.2 車輛圖像識別 310
9.1.3 車輛定位 318
9.2 車輛荷載隨機場建模 320
9.2.1 馬爾科夫隨機場理論基礎 321
9.2.2 聯合樹算法 323
9.2.3 車輛荷載隨機場模型 326
9.3 應用實例 328
9.3.1 車輛荷載識別 328
9.3.2 車輛荷載建模 330
第10章 基于監測數據的主梁安全評定方法 334
10.1 應變監測數據特征 334
10.1.1 鋼筋混凝土橋梁 334
10.1.2 鋼橋 337
10.2 應變監測數據的解耦 340
10.2.1 趨勢項應變解耦方法 340
10.2.2 混凝土收縮與徐變應變解耦方法 343
10.3 基于監測應變的結構承載力極限狀態安全評定 348
10.3.1 關鍵構件荷載效應概率模型 349
10.3.2 關鍵構件抗力衰減模型 358
10.3.3 結構承載力極限狀態可靠度評估方法 359
10.3.4 應用實例 361
10.4 基于監測應變的鋼箱梁疲勞累積損傷評估方法 365
10.4.1 鋼材疲勞累積損傷基礎理論 365
10.4.2 鋼箱梁構造細節疲勞壽命曲線 368
10.4.3 鋼箱梁疲勞荷載效應譜計算方法 370
10.4.4 應用實例 371
第11章 基于監測數據的拉索安全評定方法 373
11.1 拉索時變索力識別方法 374
11.1.1 索力監測數據特征 374
11.1.2 時不變索力識別方法 379
11.1.3 時變索力識別方法 381
11.1.4 算例分析 386
11.2 承載力極限狀態評估方法 396
11.2.1 拉索時變抗力模型 396
11.2.2 荷載效應極值模型 402
11.2.3 時變承載力極限狀態安全評定 404
11.2.4 應用實例 406
11.3 基于S-N曲線的拉索疲勞累積損傷評估與壽命預測方法 416
11.3.1 高強鋼絲疲勞壽命預測模型 416
11.3.2 拉索疲勞壽命預測模型 418
11.3.3 拉索疲勞荷載效應譜計算方法 419
11.3.4 應用實例 420
11.4 拉索疲勞累積損傷與壽命預測的斷裂力學方法 432
11.4.1 高強鋼絲斷裂力學基本理論 432
11.4.2 高強鋼絲腐蝕疲勞退化模型 434
11.4.3 拉索疲勞壽命評估方法 437
第12章 大跨度橋梁風和風效應監測數據分析 439
12.1 風與風效應監測系統設計方法 439
12.2 風場監測數據分析方法 442
12.2.1 平均風速 442
12.2.2 風速剖面 443
12.2.3 脈動風湍流強度與湍流積分尺度 444
12.2.4 脈動風速功率譜 446
12.2.5 陣風因子 448
12.2.6 脈動風的空間相關性 449
12.2.7 風場展向不均勻性 449
12.3 風壓場與繞流場監測數據分析方法 449
12.3.1 風壓場 449
12.3.2 繞流場 451
12.4 主梁渦激振動監測數據分析方法 455
12.4.1 渦激振動判別條件 456
12.4.2 渦激振動特征 456
12.5 主梁抖振響應監測數據分析方法 458
12.6 斜拉索渦激振動監測數據分析方法 459
12.6.1 平均風速的空間變換關系 459
12.6.2 斜拉索渦激振動起振風況分析 459
12.6.3 斜拉索渦激振動參與模態的估計方法 461
12.7 應用實例 1462
12.7.1 某大跨度懸索橋風與風效應監測系統 462
12.7.2 風場監測數據與分析 466
12.7.3 風壓場與繞流場監測數據與分析 472
12.7.4 主梁渦激振動監測數據與分析 477
12.7.5 主梁抖振監測數據分析 480
12.8 應用實例 2484
12.8.1 某大跨度斜拉橋及斜拉索渦激振動監測系統概況 484
12.8.2 斜拉索渦激振動監測數據分析 485
第13章 結構地震反應監測數據分析與損傷識別 489
13.1 地震地面運動和結構地震反應監測數據分析 489
13.1.1 地震地面運動工程特性分析 490
13.1.2 結構地震損傷快速分析方法 501
13.2 基于數據驅動的結構非線性損傷定位方法 508
13.2.1 識別方法 508
13.2.2 算例分析 511
13.3 結構非線性模型參數識別方法 520
13.3.1 識別方法 520
13.3.2 算例分析 522
13.4 基于完備集的結構非線性模型及其參數識別方法 530
13.4.1 識別方法 530
13.4.2 算例分析 533
前言
主要符號
第0章 緒論 1
0.1 結構健康監測的研究與應用概況 1
0.1.1 傳感技術 3
0.1.2 數據科學與工程 12
0.2 結構損傷識別與模型修正 23
0.2.1 模態參數識別 23
0.2.2 結構損傷識別 28
0.2.3 結構模型修正 40
0.3 結構健康監測數據分析建模與安全評定 44
0.3.1 監測數據分析 44
0.3.2 監測數據建模與安全評定 49
0.4 結構災害監測數據分析與評估 57
0.4.1 結構風效應監測數據分析 57
0.4.2 結構地震非線性模型識別與評估 61
0.5 結構健康監測的Benchmark模型 66
0.6 結構健康監測系統的應用 69
0.6.1 橋梁結構 69
0.6.2 國家游泳中心 79
0.6.3 某高層建筑 81
0.6.4 結構健康監測管理軟件系統平臺 82
第1章 數字信號的基礎知識 86
1.1 傅里葉變換 86
1.2 離散信號的傅里葉變換與快速傅里葉變換 87
1.2.1 離散傅里葉變換 87
1.2.2 快速傅里葉變換 88
1.2.3 柵欄效應 88
1.2.4 頻率分辨率 89
1.2.5 能量泄漏與加窗 90
1.3 采樣定理 93
1.4 拉普拉斯變換 96
1.4.1 拉普拉斯變換的定義 96
1.4.2 拉普拉斯變換的函數微分性質 98
1.5 信號濾波與去噪 98
1.5.1 濾波 99
1.5.2 小波去噪 102
第2章 數據壓縮采樣 104
2.1 數據壓縮采樣的數學原理 104
2.1.1 壓縮感知問題描述 104
2.1.2 稀疏性 105
2.1.3 測量矩陣 106
2.1.4 優化求解算法 106
2.2 應用實例 108
2.2.1 橋梁監測加速度壓縮采樣 108
2.2.2 大跨空間結構監測加速度壓縮采樣 117
第3章 無線傳輸數據丟失恢復算法 121
3.1 無線傳輸數據丟失概述 121
3.2 無線傳輸數據丟失恢復算法 126
3.2.1 無測量噪聲的數據丟失恢復算法 126
3.2.2 有測量噪聲的數據丟失恢復算法 127
3.3 應用實例 128
3.3.1 橋梁監測數據丟失恢復 128
3.3.2 大跨空間結構監測數據丟失恢復 140
第4章 結構模態分析理論基礎 144
4.1 單自由度結構的頻響函數和脈沖響應函數 144
4.1.1 線性黏滯阻尼動力系統 144
4.1.2 線性結構阻尼動力系統 148
4.1.3 頻響函數曲線性質 150
4.1.4 不同荷載作用下結構頻響函數和脈沖響應函數 155
4.2 多自由度結構頻響函數 159
4.3 多自由度結構實模態頻響函數和脈沖響應函數 163
4.3.1 多自由度結構模態參數 163
4.3.2 多自由度結構實模態頻響函數與單位脈沖響應函數 166
4.3.3 算例分析 168
4.4 多自由度結構復模態頻響函數 174
4.4.1 線性黏滯阻尼動力系統 174
4.4.2 線性結構阻尼動力系統 179
4.4.3 復模態性質 180
4.4.4 復模態頻響函數及脈沖響應函數 181
4.4.5 算例分析 184
第5章 環境激勵下結構模態參數識別方法 188
5.1 頻域分解法 188
5.2 NExT法與ERA法 192
5.2.1 NExT法 192
5.2.2 ERA法 195
5.3 隨機子空間方法 202
5.4 時變環境結構模態參數分析 208
5.4.1 主成分分析方法 208
5.4.2 神經網絡建模方法 212
5.5 應用實例 214
5.5.1 結構健康監測系統概況 214
5.5.2 結構模態參數識別結果 215
5.5.3 環境因素與模態參數關系模型 222
第6章 結構損傷識別方法 233
6.1 基于模態參數的結構損傷識別方法 233
6.1.1 基于頻率的結構損傷識別方法 233
6.1.2 基于振型的結構損傷識別方法 235
6.2 結構損傷識別信息融合方法 238
6.2.1 D-S證據理論 238
6.2.2 Bayesian推理 241
6.2.3 D-S證據理論與Bayesian推理的比較 242
6.2.4 基于信息融合的結構損傷識別方法 246
6.3 算例分析 249
6.3.1 橋梁有限元模型 249
6.3.2 結構損傷識別結果 250
第7章 結構模型修正 255
7.1 模態參數靈敏度方法 255
7.1.1 結構模態參數靈敏度 255
7.1.2 結構參數估計方法 257
7.2 Bayesian概率方法 261
7.3 應用實例 264
7.3.1 斜拉橋子結構特征 264
7.3.2 待修正結構參數 268
7.3.3 修正結構參數 270
第8章 車輛荷載極值模型與疲勞荷載譜 273
8.1 車輛荷載監測數據特征 273
8.2 隨機過程概率模型與極值概率模型 277
8.2.1 濾過Poisson過程與極值概率模型 277
8.2.2 濾過Weibull過程與極值概率模型 279
8.2.3 平穩二項隨機過程與極值概率模型 279
8.2.4 更新過程與極值概率模型 281
8.3 基于監測數據的車輛荷載極值建模與概率模型 284
8.3.1 截口分布概率模型 284
8.3.2 到達時間概率模型 287
8.3.3 極值概率模型數值計算方法 288
8.3.4 應用實例 291
8.4 基于監測數據的車輛疲勞荷載譜建模與模型 298
8.4.1 中國車輛分類 298
8.4.2 車輛疲勞荷載譜 300
8.4.3 車流量預測Logistic方法 302
8.4.4 應用實例 303
第9章 車輛荷載時空分布識別與建模 307
9.1 車輛荷載時空分布識別方法 307
9.1.1 二值圖像形態學方法 308
9.1.2 車輛圖像識別 310
9.1.3 車輛定位 318
9.2 車輛荷載隨機場建模 320
9.2.1 馬爾科夫隨機場理論基礎 321
9.2.2 聯合樹算法 323
9.2.3 車輛荷載隨機場模型 326
9.3 應用實例 328
9.3.1 車輛荷載識別 328
9.3.2 車輛荷載建模 330
第10章 基于監測數據的主梁安全評定方法 334
10.1 應變監測數據特征 334
10.1.1 鋼筋混凝土橋梁 334
10.1.2 鋼橋 337
10.2 應變監測數據的解耦 340
10.2.1 趨勢項應變解耦方法 340
10.2.2 混凝土收縮與徐變應變解耦方法 343
10.3 基于監測應變的結構承載力極限狀態安全評定 348
10.3.1 關鍵構件荷載效應概率模型 349
10.3.2 關鍵構件抗力衰減模型 358
10.3.3 結構承載力極限狀態可靠度評估方法 359
10.3.4 應用實例 361
10.4 基于監測應變的鋼箱梁疲勞累積損傷評估方法 365
10.4.1 鋼材疲勞累積損傷基礎理論 365
10.4.2 鋼箱梁構造細節疲勞壽命曲線 368
10.4.3 鋼箱梁疲勞荷載效應譜計算方法 370
10.4.4 應用實例 371
第11章 基于監測數據的拉索安全評定方法 373
11.1 拉索時變索力識別方法 374
11.1.1 索力監測數據特征 374
11.1.2 時不變索力識別方法 379
11.1.3 時變索力識別方法 381
11.1.4 算例分析 386
11.2 承載力極限狀態評估方法 396
11.2.1 拉索時變抗力模型 396
11.2.2 荷載效應極值模型 402
11.2.3 時變承載力極限狀態安全評定 404
11.2.4 應用實例 406
11.3 基于S-N曲線的拉索疲勞累積損傷評估與壽命預測方法 416
11.3.1 高強鋼絲疲勞壽命預測模型 416
11.3.2 拉索疲勞壽命預測模型 418
11.3.3 拉索疲勞荷載效應譜計算方法 419
11.3.4 應用實例 420
11.4 拉索疲勞累積損傷與壽命預測的斷裂力學方法 432
11.4.1 高強鋼絲斷裂力學基本理論 432
11.4.2 高強鋼絲腐蝕疲勞退化模型 434
11.4.3 拉索疲勞壽命評估方法 437
第12章 大跨度橋梁風和風效應監測數據分析 439
12.1 風與風效應監測系統設計方法 439
12.2 風場監測數據分析方法 442
12.2.1 平均風速 442
12.2.2 風速剖面 443
12.2.3 脈動風湍流強度與湍流積分尺度 444
12.2.4 脈動風速功率譜 446
12.2.5 陣風因子 448
12.2.6 脈動風的空間相關性 449
12.2.7 風場展向不均勻性 449
12.3 風壓場與繞流場監測數據分析方法 449
12.3.1 風壓場 449
12.3.2 繞流場 451
12.4 主梁渦激振動監測數據分析方法 455
12.4.1 渦激振動判別條件 456
12.4.2 渦激振動特征 456
12.5 主梁抖振響應監測數據分析方法 458
12.6 斜拉索渦激振動監測數據分析方法 459
12.6.1 平均風速的空間變換關系 459
12.6.2 斜拉索渦激振動起振風況分析 459
12.6.3 斜拉索渦激振動參與模態的估計方法 461
12.7 應用實例 1462
12.7.1 某大跨度懸索橋風與風效應監測系統 462
12.7.2 風場監測數據與分析 466
12.7.3 風壓場與繞流場監測數據與分析 472
12.7.4 主梁渦激振動監測數據與分析 477
12.7.5 主梁抖振監測數據分析 480
12.8 應用實例 2484
12.8.1 某大跨度斜拉橋及斜拉索渦激振動監測系統概況 484
12.8.2 斜拉索渦激振動監測數據分析 485
第13章 結構地震反應監測數據分析與損傷識別 489
13.1 地震地面運動和結構地震反應監測數據分析 489
13.1.1 地震地面運動工程特性分析 490
13.1.2 結構地震損傷快速分析方法 501
13.2 基于數據驅動的結構非線性損傷定位方法 508
13.2.1 識別方法 508
13.2.2 算例分析 511
13.3 結構非線性模型參數識別方法 520
13.3.1 識別方法 520
13.3.2 算例分析 522
13.4 基于完備集的結構非線性模型及其參數識別方法 530
13.4.1 識別方法 530
13.4.2 算例分析 533
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