绪论 1
第一篇 土木工程监测原理及方法 3
第1章 土木工程监测原理 5
1.1 施工阶段监测方法及原理 5
1.1.1 施工监测的内容和方法 5
1.1.2 施工监测的步骤 5
1.2 健康监测方法及原理 6
1.2.1 健康监测的内容和方法 6
1.2.2 健康监测的步骤 6
第2章 监测方案 8
2.1 监测方案的制订原则 8
2.1.1 监测系统的共同特点 8
2.1.2 监测方案的设计原则 8
2.2 制订监测方案的基本过程 9
2.2.1 工程概况 9
2.2.2 监测目的 9
2.2.3 监测内容 9
2.2.4 监测方法、设备和监测精度 10
2.2.5 监测部位和测点布置 10
2.2.6 监测周期（频率） 10
2.2.7 监测成果及要求 11
2.2.8 质量保证措施 11
2.3 制订监测方案需要注意的问题 11
第二篇 智能监测系统平台 13
第3章 应力应变测试原理及方法 15
3.1 振弦传感器 15
3.1.1 振弦式传感器工作原理 15
3.1.2 振弦式传感器激振方式及性能分析 17
3.1.3 振弦式传感器的特性 18
3.1.4 振弦式传感器选型 20
3.2 光纤光栅传感器 23
3.2.1 光纤光栅传感器工作原理 23
3.2.2 光纤光栅传感器的分类与选型 25
3.3 其他传感器 28
3.3.1 压电传感器 28
3.3.2 碳纤维传感器 32
3.3.3 形状记忆合金 34
第4章 位移及变形监测原理与方法 36
4.1 水平位移及变形监测 36
4.1.1 概述 36
4.1.2 全站仪测量 38
4.1.3 垂线测量 42
4.1.4 激光准直测量 44
4.1.5 视准线法 45
4.1.6 引张线法 47
4.1.7 水平位移计 48
4.2 竖向位移及变形监测 50
4.2.1 精密水准测量 50
4.2.2 精密三角高程测量 53
4.2.3 静力水准测量 55
4.2.4 竖向位移计 58
4.3 GPS变形监测 58
4.3.1 概述 58
4.3.2 GPS组成部分 59
4.3.3 误差来源与消除方法 62
4.3.4 工程应用 63
4.4 其他变形监测技术及发展趋势 65
4.4.1 断面仪 66
4.4.2 三维激光扫描 66
4.4.3 伪卫星定位技术 69
4.4.4 基于GIS的一体化监测技术 70
4.4.5 基于GPS和全站仪的一体化监测技术 71
第5章 结构动力特性监测 72
5.1 结构动力特性监测方法及系统组成 72
5.1.1 结构动力特性监测方法 72
5.1.2 结构动力特性监测系统组成 73
5.1.3 测振仪器系统的主要性能参数 74
5.2 结构动力特性监测程序及类型 76
5.3 结构现场动力监测传感器布置 77
5.3.1 高层结构传感器的布置 77
5.3.2 桥梁动力监测传感器的布置 78
5.4 结构模态参数识别 78
5.4.1 理论计算 78
5.4.2 采样数据可靠性检验 78
5.4.3 结构的自振频率分析 79
5.4.4 结构的振型分析 80
5.4.5 结构的阻尼比 80
第6章 其他监测方法及设备 81
6.1 其他传感器原理及监测方法 81
6.1.1 斜拉桥的索力监测仪器 81
6.1.2 桥梁疲劳监测传感器 83
6.1.3 锚索测力计 85
6.1.4 钢筋腐蚀监测无线传感器 85
6.1.5 滑坡体TDR变形监测 86
6.1.6 大坝监测新仪器 87
6.1.7 大坝渗流监测 89
6.2 视屏监测系统 91
6.2.1 监测系统的研究与运用 91
6.2.2 红外热像监测 92
6.3 声发射监测 93
第7章 风环境及地震监测 96
7.1 风环境监测 96
7.1.1 风压监测 96
7.1.2 风速监测 98
7.1.3 风致加速度监测 100
7.1.4 风致位移监测 100
7.2 强震监测系统 101
7.2.1 地震监测台网 101
7.2.2 加速度监测系统 102
7.2.3 强震监测系统 104
第8章 监测系统平台 111
8.1 硬件系统监测平台 111
8.1.1 数据采集系统 111
8.1.2 监测系统的实现方法 112
8.1.3 信号处理 115
8.2 软件系统测试平台 116
8.2.1 监测系统集成 116
8.2.2 监测系统集成方案 117
8.2.3 软件系统测试平台功能 117
8.2.4 软件测试平台实现方案 118
8.3 监测系统的应用实例 121
8.3.1 系统的硬件部分 121
8.3.2 系统的软件部分 121
第三篇 健康诊断与评估系统 123
第9章 数值分析与模拟 125
9.1 有限元分析 125
9.2 施工模拟分析 126
9.2.1 施工模拟的基本原理 126
9.2.2 构件预调值与施工预调值 126
9.2.3 施工模拟计算方法 127
9.2.4 单元生死及APDL语言 129
9.3 焊接残余应力分析 130
9.3.1 温度场分析 131
9.3.2 应力场分析 133
第10章 结构损伤识别与诊断 135
10.1 基于人工神经网络的损伤识别方法 135
10.1.1 神经元模型 136
10.1.2 BP神经网络模型 137
10.1.3 神经网络在结构损伤识别中的应用 139
10.2 基于模型修正技术的损伤识别方法 140
10.2.1 模型修正的数学模型 141
10.2.2 基于矩阵的模型修正 142
10.2.3 基于遗传算法的参数型模型修正 144
10.2.4 模型修正技术在损伤识别中的应用 147
10.3 基于小波分析的损伤识别 148
10.3.1 小波分析 148
10.3.2 基于小波变换的损伤识别方法 149
10.4 基于灰色系统理论的损伤识别 151
10.4.1 灰色预测 152
10.4.2 灰色关联分析 155
10.5 基于时间序列分析法的损伤识别 158
10.5.1 ARMA模型 158
10.5.2 ARMA模型的物理意义 159
10.5.3 模态参数估计 160
第四篇 工程实例 161
第11章 高层建筑结构施工监测 163
11.1 中央电视台新台址施工监测 163
11.1.1 工程概况 163
11.1.2 监测目的 163
11.1.3 监测内容 164
11.1.4 监测方法 164
11.1.5 测点布置 166
11.1.6 监测成果 168
11.2 天津津塔施工过程监测 177
11.2.1 工程概况 177
11.2.2 监测目的 177
11.2.3 监测内容 178
11.2.4 监测方法 179
11.2.5 测点布置 180
11.2.6 监测成果与分析 182
11.3 中关村金融中心（现中钢大厦）施工监测 185
11.3.1 工程概况 185
11.3.2 监测方案 185
11.3.3 光纤光栅应变传感器实测结果 187
11.3.4 普通电阻应变片测试结果 188
11.3.5 光纤光栅应变传感器与普通电阻应变片测试结果的对比分析 190
11.3.6 存在问题和解决办法 190
11.3.7 结论 191
第12章 大跨空间结构监测 192
12.1 国家体育场（鸟巢）钢结构施工监测 192
12.1.1 工程概况 192
12.1.2 监测目的 192
12.1.3 监测内容 193
12.1.4 监测系统 193
12.1.5 测点布置 195
12.1.6 监测成果 199
12.2 昆明新机场结构抗震及安全性监测 205
12.2.1 工程概况 205
12.2.2 航站楼监测的意义及必要性 206
12.2.3 监测内容 206
12.2.4 监测方法 207
12.2.5 总结 212
第13章 桥梁工程监测 213
13.1 太原漪汾桥七跨连拱结构拆装桥面施工过程监测 213
13.1.1 工程概况 213
13.1.2 工程监测的背景与意义 213
13.1.3 监测的内容及监测方案的制订 214
13.1.4 桥梁的模拟计算 215
13.1.5 测试仪器的选择及系统的集成 216
13.1.6 监测数据分析 217
13.1.7 监测结论 222
13.2 杭州湾跨海大桥南航道桥结构健康与安全监测系统 222
13.2.1 工程概况 222
13.2.2 监测布点方案 223
13.2.3 数据传输系统 231
13.2.4 综合管理系统 232
13.2.5 监测系统阶段性成果 233
13.3 厦门集美大桥监测巡检管理系统 236
13.3.1 工程概况 236
13.3.2 监测的目的和意义 236
13.3.3 监测项目 237
13.3.4 测试仪器的选择与监测方法 239
13.3.5 数据采集与传输 244
13.3.6 数据处理与控制 245
13.3.7 电子化人工巡检子系统 246
13.3.8 结构安全评估子系统与运行状况 247
13.4 深圳湾公路大桥结构健康监测及安全监控预警系统（SZWBHMS系统） 250
13.4.1 工程概况 250
13.4.2 系统的总体组成 250
13.4.3 传感器子系统 251
13.4.4 数据采集与传输子系统 256
13.4.5 数据处理与控制子系统 258
13.4.6 结构预警与综合评估子系统 260
13.4.7 监测系统周报 264
第14章 地铁、隧道施工监测 270
14.1 北京地铁四号线工程北京南站施工监测 270
14.1.1 工程概况 270
14.1.2 监测内容 270
14.1.3 监测方法 270
14.1.4 测点布置 271
14.1.5 监测成果 273
14.2 堡镇隧道施工监测 274
14.2.1 隧道概况 274
14.2.2 监测的目的及意义 275
14.2.3 监测内容与监测仪器 276
14.2.4 监测的成果与分析 277
14.3 石门山隧道施工监测 284
14.3.1 工程概况 284
14.3.2 监测的目的及意义 285
14.3.3 监测内容与监测仪器 285
14.3.4 监测断面布设 288
14.3.5 监测成果 289
14.3.6 监控量测数据分析与反馈 294
14.3.7 质量保证措施 294
第15章 基坑及边坡工程施工监测 296
15.1 国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程基坑监测 296
15.1.1 工程概况 296
15.1.2 监测内容 296
15.1.3 基坑水平位移监测 297
15.1.4 基坑沉降监测 297
15.1.5 监测周期 298
15.1.6 监测成果分析 298
15.2 昆明市欣都龙城工程基坑监测 300
15.2.1 工程概况 300
15.2.2 监测点设置 300
15.2.3 监测内容与方法 301
15.2.4 监测成果 304
第16章 坝体结构监测 306
16.1 长江三峡水利枢纽二期工程左岸厂房坝段安全监测 306
16.1.1 工程概况 306
16.1.2 监测的目的和原则 306
16.1.3 监测部位的划分 307
16.1.4 监测项目 307
16.1.5 监测仪器选型 308
16.1.6 监测仪器布置 308
16.1.7 渗流监测成果分析 310
16.1.8 应力、应变监测成果分析 316
16.2 溪洛渡水电站地震监测 324
16.2.1 工程概况 324
16.2.2 台网布局设计主要指导思想及依据 326
16.2.3 台网的总体思路 327
16.2.4 地震监测台网的台站布局规划与理论监测能力 328
16.2.5 台网信息汇集与信道规划设计 328
16.2.6 成果的提交与信息共享方案设计 331
16.2.7 数据处理系统规划 331
16.2.8 地震监测结果 335
参考文献 337