第1章 结构健康监测概述 1
1.1 结构健康监测系统及其发展 1
1.2 健康监测系统的功能与目的 4
1.3 结构健康监测的内容 5
1.4 监测系统的组成与结构 7
1.4.1 系统结构 7
1.4.2 传感器系统 7
1.4.3 数据采集与传输系统 8
1.4.4 数据处理与控制系统 9
1.4.5 结构健康诊断评价系统 9
1.5 监测系统设计原则与方法 10
1.5.1 系统设计原则 10
1.5.2 系统设计方法 11
1.6 监测系统实例：胶州湾大桥 12
1.6.1 传感器布置 12
1.6.2 系统总体功能框架 17
参考文献 18
第2章 结构监测信号分析 20
2.1 信号采样与滤波 20
2.1.1 信号采样 20
2.1.2 信噪比与滤波 21
2.2 信号的平稳性和各态历经性 22
2.2.1 信号的平稳性 22
2.2.2 信号的各态历经性 23
2.3 傅里叶变换 24
2.3.1 连续傅里叶变换 24
2.3.2 离散傅里叶变换 25
2.4 信号的功率谱估计 26
2.4.1 功率谱的概念 26
2.4.2 离散信号功率谱的计算 27
2.5 非平稳信号 29
2.6 小波变换 31
2.6.1 小波变换的定义 31
2.6.2 常用的小波函数 32
2.7 Hilbert-Huang变换 35
2.7.1 固有模态与瞬时频率 35
2.7.2 经验模态分解法与HHT变换 36
参考文献 40
第3章 车辆荷载的监测分析 41
3.1 车辆荷载的监测 41
3.1.1 路面动态称重系统 41
3.1.2 桥梁动态称重系统（B-WIM） 44
3.2 汽车荷载与车型分类 47
3.3 基于WIM监测的车辆统计分析 49
3.3.1 车重的统计分析 49
3.3.2 车间距的统计分析 52
3.3.3 车重车速联合分布 52
参考文献 54
第4章 温度荷载的监测分析 57
4.1 温度作用与监测 57
4.1.1 温度作用 57
4.1.2 温度监测 58
4.2 基于监测的年温度分析 59
4.2.1 基本气温 59
4.2.2 气温分布与极值 60
4.2.3 斜拉桥结构年温度与极值 63
4.3 基于监测的日照温度分析 65
4.3.1 日照温度场 65
4.3.2 钢箱梁日照温度 67
4.4 基于监测的钢箱梁截面温差分析 69
4.4.1 温差的时空特征 69
4.4.2 温差的分布与极值 70
4.4.3 骤然降温 72
参考文献 73
第5章 风荷载的监测分析 74
5.1 风的作用与监测 74
5.1.1 风对桥梁的作用 74
5.1.2 风的监测 76
5.2 风速风向分析 77
5.2.1 平均风与脉动风 77
5.2.2 风速风向分布 79
5.3 基于监测的台风脉动特性分析 81
5.3.1 湍流度 81
5.3.2 阵风系数 82
5.3.3 湍流积分尺度 84
5.3.4 功率谱密度 87
参考文献 91
第6章 混凝土结构耐久性监测 93
6.1 腐蚀原理 93
6.2 耐久性监测技术 94
6.2.1 半电池电位法 94
6.2.2 线性极化法 97
6.2.3 腐蚀评价准则 98
6.3 耐久性监测应用概况与实例 100
6.3.1 应用概况 100
6.3.2 跨海桥梁应用实例 100
6.4 梯形阳极系统的试验研究 104
6.4.1 试验研究概况与目的 104
6.4.2 试验方案设计 105
6.4.3 试验结果与分析 107
参考文献 111
第7章 动态特性及其变异性分析 112
7.1 概述 112
7.2 运营条件下动态特性的变异性 114
7.2.1 温度的影响 114
7.2.2 风与车辆的影响 118
7.3 斜拉桥的模态特征分析 120
7.3.1 斜拉桥模态的基本特征 120
7.3.2 斜拉索的局部振动与影响 124
7.3.3 梁/塔与斜拉索的耦合作用 126
7.4 悬索桥的模态特征 128
参考文献 130
第8章 索力的监测分析与评价 131
8.1 索力的监测 131
8.1.1 振动法 131
8.1.2 磁通量法 132
8.1.3 压力法 134
8.2 运营索力的影响因素分析 136
8.2.1 运营索力的基本特征 136
8.2.2 运营索力的随机干扰特性 139
8.3 基于监测的索力与温度关系分析 142
8.3.1 全年索力与温度的关系 142
8.3.2 单日索力与温度的关系 144
8.4 整体索力评价方法概述 145
8.4.1 灰色关联分析 145
8.4.2 变权综合原理 147
8.4.3 灰色关联与变权综合法的应用 148
8.4.4 其他方法 149
8.4.5 索力评价分析实例 150
8.5 基于统计分析的索力评价 153
8.5.1 索力分布特性 153
8.5.2 标准索力及其分布特性 154
8.5.3 标准索力个别值抽样检验 155
8.5.4 标准索力分布检验与评价 157
参考文献 160
第9章 应变与变形的监测分析与评价 162
9.1 应变与变形监测 162
9.1.1 应变监测 162
9.1.2 变形监测 163
9.2 基于监测的应变与温度关系分析 168
9.2.1 监测应变的基本特征 168
9.2.2 全年应变与温度的关系 170
9.2.3 日照温度对监测应变的影响 171
9.2.4 标准应变及其分布特性 173
9.3 基于应变监测的荷载识别 174
9.3.1 结构概况与模型 174
9.3.2 基于应变的模型修正 175
9.3.3 施工阶段的荷载识别 177
9.4 应变/应力监测在疲劳评估中的应用 179
参考文献 180
第10章 面向监测与评价的桥梁动态响应模拟 183
10.1 概述 183
10.2 动力分析的数值方法简介 184
10.2.1 动力学数值方法概述 184
10.2.2 几种常用的直接积分法 184
10.3 车桥耦合分析方法 189
10.3.1 车辆模型 189
10.3.2 桥面不平度 190
10.3.3 车桥耦合方程及求解方法 191
10.4 拱桥吊杆体系的车桥耦合响应分析 193
10.4.1 吊杆体系的破坏特征 193
10.4.2 车桥耦合振动模型及校正 194
10.4.3 吊杆的冲击效应分析 195
10.4.4 吊杆的弯曲效应分析 197
10.4.5 匀变速车辆下吊杆动态应力 199
10.4.6 等刚度设计下动态响应分析 200
10.5 斜拉桥的车桥耦合响应分析 203
10.5.1 车桥模型与分析方法 203
10.5.2 基于车辆监测的车队模型 206
10.5.3 车队作用下的动态响应 208
10.6 年温度影响下的随机索力分析 210
10.6.1 模拟方法 210
10.6.2 结构的年温度模型 211
10.6.3 年温度影响下的索力模拟 213
参考文献 217
第11章 结构识别方法 219
11.1 概述 219
11.2 模型修正法 220
11.2.1 模型修正的基本原理 220
11.2.2 模型修正方法 221
11.2.3 实例：基于实测频率的斜拉桥模型修正 222
11.3 动力指纹法 227
11.3.1 基于固有频率的方法 227
11.3.2 模态曲率法 231
11.3.3 模态柔度法 232
11.4 神经网络法 234
11.4.1 神经网络的基本概念 234
11.4.2 异常状态预警 236
11.4.3 损伤工况识别 238
11.4.4 损伤构件与程度识别 239
11.4.5 基于神经网络的模型修正 240
11.5 数值模拟：斜拉桥的损伤识别 240
11.5.1 分析模型与损伤工况 241
11.5.2 基于频率的损伤预警 242
11.5.3 基于模态曲率的损伤识别 244
11.5.4 基于模态柔度的损伤识别 246
11.5.5 基于索力的损伤识别 252
11.5.6 三个指标的比较 254
11.5.7 基于神经网络的损伤工况识别 257
11.5.8 基于神经网络的损伤构件识别 261
参考文献 265
第12章 面向健康诊断的模型试验研究 267
12.1 模型设计与制作 267
12.1.1 模型的设计 267
12.1.2 模型的制作 269
12.2 有限元模型误差分析 271
12.2.1 面向健康诊断的有限元模型 271
12.2.2 有限元模型的建立 272
12.2.3 有限元模型误差分析 274
12.3 损伤状态下静动态响应特性分析 277
12.3.1 损伤工况 277
12.3.2 加劲梁损伤 278
12.3.3 主缆损伤 279
12.3.4 吊索损伤 280
12.4 基于神经网络的损伤识别 281
12.4.1 数值模拟：训练样本的生成 281
12.4.2 试验模拟：测试样本的生成 282
12.4.3 损伤识别结果 283
参考文献 284