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重大工程的动力灾变学术著作丛书“十三五”国家重点图书出版规划项目结构健康监测数据科学与工程 版权信息
- ISBN：9787030491015
- 条形码：9787030491015 ; 978-7-03-049101-5
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
重大工程的动力灾变学术著作丛书“十三五”国家重点图书出版规划项目结构健康监测数据科学与工程 内容简介
本书系统地总结和阐述了结构健康监测数据科学与工程的理论、方法和应用的主要研究成果。-3章是数字信号处理分析的基础理论和数据压缩采集及无线传输算法；第4-5章是结构模态分析与识别方法；第6-7章是结构损伤识别和模型修正方法；第8-10章是车辆荷载识别与建模方法；1章是基于应变监测的结构安全评定方法；2-13章是拉索索力识别算法与安全评定方法；4-15章是结构风工程监测数据分析方法和地震损伤识别算法；6章是结构健康监测的Benchmark模型。
重大工程的动力灾变学术著作丛书“十三五”国家重点图书出版规划项目结构健康监测数据科学与工程 目录
目录
前言
主要符号
第0章 绪论 1
0.1 结构健康监测的研究与应用概况 1
0.1.1 传感技术 3
0.1.2 数据科学与工程 12
0.2 结构损伤识别与模型修正 23
0.2.1 模态参数识别 23
0.2.2 结构损伤识别 28
0.2.3 结构模型修正 40
0.3 结构健康监测数据分析建模与安全评定 44
0.3.1 监测数据分析 44
0.3.2 监测数据建模与安全评定 49
0.4 结构灾害监测数据分析与评估 57
0.4.1 结构风效应监测数据分析 57
0.4.2 结构地震非线性模型识别与评估 61
0.5 结构健康监测的Benchmark模型 66
0.6 结构健康监测系统的应用 69
0.6.1 桥梁结构 69
0.6.2 国家游泳中心 79
0.6.3 某高层建筑 81
0.6.4 结构健康监测管理软件系统平台 82
第1章 数字信号的基础知识 86
1.1 傅里叶变换 86
1.2 离散信号的傅里叶变换与快速傅里叶变换 87
1.2.1 离散傅里叶变换 87
1.2.2 快速傅里叶变换 88
1.2.3 栅栏效应 88
1.2.4 频率分辨率 89
1.2.5 能量泄漏与加窗 90
1.3 采样定理 93
1.4 拉普拉斯变换 96
1.4.1 拉普拉斯变换的定义 96
1.4.2 拉普拉斯变换的函数微分性质 98
1.5 信号滤波与去噪 98
1.5.1 滤波 99
1.5.2 小波去噪 102
第2章 数据压缩采样 104
2.1 数据压缩采样的数学原理 104
2.1.1 压缩感知问题描述 104
2.1.2 稀疏性 105
2.1.3 测量矩阵 106
2.1.4 优化求解算法 106
2.2 应用实例 108
2.2.1 桥梁监测加速度压缩采样 108
2.2.2 大跨空间结构监测加速度压缩采样 117
第3章 无线传输数据丢失恢复算法 121
3.1 无线传输数据丢失概述 121
3.2 无线传输数据丢失恢复算法 126
3.2.1 无测量噪声的数据丢失恢复算法 126
3.2.2 有测量噪声的数据丢失恢复算法 127
3.3 应用实例 128
3.3.1 桥梁监测数据丢失恢复 128
3.3.2 大跨空间结构监测数据丢失恢复 140
第4章 结构模态分析理论基础 144
4.1 单自由度结构的频响函数和脉冲响应函数 144
4.1.1 线性黏滞阻尼动力系统 144
4.1.2 线性结构阻尼动力系统 148
4.1.3 频响函数曲线性质 150
4.1.4 不同荷载作用下结构频响函数和脉冲响应函数 155
4.2 多自由度结构频响函数 159
4.3 多自由度结构实模态频响函数和脉冲响应函数 163
4.3.1 多自由度结构模态参数 163
4.3.2 多自由度结构实模态频响函数与单位脉冲响应函数 166
4.3.3 算例分析 168
4.4 多自由度结构复模态频响函数 174
4.4.1 线性黏滞阻尼动力系统 174
4.4.2 线性结构阻尼动力系统 179
4.4.3 复模态性质 180
4.4.4 复模态频响函数及脉冲响应函数 181
4.4.5 算例分析 184
第5章 环境激励下结构模态参数识别方法 188
5.1 频域分解法 188
5.2 NExT法与ERA法 192
5.2.1 NExT法 192
5.2.2 ERA法 195
5.3 随机子空间方法 202
5.4 时变环境结构模态参数分析 208
5.4.1 主成分分析方法 208
5.4.2 神经网络建模方法 212
5.5 应用实例 214
5.5.1 结构健康监测系统概况 214
5.5.2 结构模态参数识别结果 215
5.5.3 环境因素与模态参数关系模型 222
第6章 结构损伤识别方法 233
6.1 基于模态参数的结构损伤识别方法 233
6.1.1 基于频率的结构损伤识别方法 233
6.1.2 基于振型的结构损伤识别方法 235
6.2 结构损伤识别信息融合方法 238
6.2.1 D-S证据理论 238
6.2.2 Bayesian推理 241
6.2.3 D-S证据理论与Bayesian推理的比较 242
6.2.4 基于信息融合的结构损伤识别方法 246
6.3 算例分析 249
6.3.1 桥梁有限元模型 249
6.3.2 结构损伤识别结果 250
第7章 结构模型修正 255
7.1 模态参数灵敏度方法 255
7.1.1 结构模态参数灵敏度 255
7.1.2 结构参数估计方法 257
7.2 Bayesian概率方法 261
7.3 应用实例 264
7.3.1 斜拉桥子结构特征 264
7.3.2 待修正结构参数 268
7.3.3 修正结构参数 270
第8章 车辆荷载极值模型与疲劳荷载谱 273
8.1 车辆荷载监测数据特征 273
8.2 随机过程概率模型与极值概率模型 277
8.2.1 滤过Poisson过程与极值概率模型 277
8.2.2 滤过Weibull过程与极值概率模型 279
8.2.3 平稳二项随机过程与极值概率模型 279
8.2.4 更新过程与极值概率模型 281
8.3 基于监测数据的车辆荷载极值建模与概率模型 284
8.3.1 截口分布概率模型 284
8.3.2 到达时间概率模型 287
8.3.3 极值概率模型数值计算方法 288
8.3.4 应用实例 291
8.4 基于监测数据的车辆疲劳荷载谱建模与模型 298
8.4.1 中国车辆分类 298
8.4.2 车辆疲劳荷载谱 300
8.4.3 车流量预测Logistic方法 302
8.4.4 应用实例 303
第9章 车辆荷载时空分布识别与建模 307
9.1 车辆荷载时空分布识别方法 307
9.1.1 二值图像形态学方法 308
9.1.2 车辆图像识别 310
9.1.3 车辆定位 318
9.2 车辆荷载随机场建模 320
9.2.1 马尔科夫随机场理论基础 321
9.2.2 联合树算法 323
9.2.3 车辆荷载随机场模型 326
9.3 应用实例 328
9.3.1 车辆荷载识别 328
9.3.2 车辆荷载建模 330
第10章 基于监测数据的主梁安全评定方法 334
10.1 应变监测数据特征 334
10.1.1 钢筋混凝土桥梁 334
10.1.2 钢桥 337
10.2 应变监测数据的解耦 340
10.2.1 趋势项应变解耦方法 340
10.2.2 混凝土收缩与徐变应变解耦方法 343
10.3 基于监测应变的结构承载力极限状态安全评定 348
10.3.1 关键构件荷载效应概率模型 349
10.3.2 关键构件抗力衰减模型 358
10.3.3 结构承载力极限状态可靠度评估方法 359
10.3.4 应用实例 361
10.4 基于监测应变的钢箱梁疲劳累积损伤评估方法 365
10.4.1 钢材疲劳累积损伤基础理论 365
10.4.2 钢箱梁构造细节疲劳寿命曲线 368
10.4.3 钢箱梁疲劳荷载效应谱计算方法 370
10.4.4 应用实例 371
第11章 基于监测数据的拉索安全评定方法 373
11.1 拉索时变索力识别方法 374
11.1.1 索力监测数据特征 374
11.1.2 时不变索力识别方法 379
11.1.3 时变索力识别方法 381
11.1.4 算例分析 386
11.2 承载力极限状态评估方法 396
11.2.1 拉索时变抗力模型 396
11.2.2 荷载效应极值模型 402
11.2.3 时变承载力极限状态安全评定 404
11.2.4 应用实例 406
11.3 基于S-N曲线的拉索疲劳累积损伤评估与寿命预测方法 416
11.3.1 高强钢丝疲劳寿命预测模型 416
11.3.2 拉索疲劳寿命预测模型 418
11.3.3 拉索疲劳荷载效应谱计算方法 419
11.3.4 应用实例 420
11.4 拉索疲劳累积损伤与寿命预测的断裂力学方法 432
11.4.1 高强钢丝断裂力学基本理论 432
11.4.2 高强钢丝腐蚀疲劳退化模型 434
11.4.3 拉索疲劳寿命评估方法 437
第12章 大跨度桥梁风和风效应监测数据分析 439
12.1 风与风效应监测系统设计方法 439
12.2 风场监测数据分析方法 442
12.2.1 平均风速 442
12.2.2 风速剖面 443
12.2.3 脉动风湍流强度与湍流积分尺度 444
12.2.4 脉动风速功率谱 446
12.2.5 阵风因子 448
12.2.6 脉动风的空间相关性 449
12.2.7 风场展向不均匀性 449
12.3 风压场与绕流场监测数据分析方法 449
12.3.1 风压场 449
12.3.2 绕流场 451
12.4 主梁涡激振动监测数据分析方法 455
12.4.1 涡激振动判别条件 456
12.4.2 涡激振动特征 456
12.5 主梁抖振响应监测数据分析方法 458
12.6 斜拉索涡激振动监测数据分析方法 459
12.6.1 平均风速的空间变换关系 459
12.6.2 斜拉索涡激振动起振风况分析 459
12.6.3 斜拉索涡激振动参与模态的估计方法 461
12.7 应用实例 1462
12.7.1 某大跨度悬索桥风与风效应监测系统 462
12.7.2 风场监测数据与分析 466
12.7.3 风压场与绕流场监测数据与分析 472
12.7.4 主梁涡激振动监测数据与分析 477
12.7.5 主梁抖振监测数据分析 480
12.8 应用实例 2484
12.8.1 某大跨度斜拉桥及斜拉索涡激振动监测系统概况 484
12.8.2 斜拉索涡激振动监测数据分析 485
第13章 结构地震反应监测数据分析与损伤识别 489
13.1 地震地面运动和结构地震反应监测数据分析 489
13.1.1 地震地面运动工程特性分析 490
13.1.2 结构地震损伤快速分析方法 501
13.2 基于数据驱动的结构非线性损伤定位方法 508
13.2.1 识别方法 508
13.2.2 算例分析 511
13.3 结构非线性模型参数识别方法 520
13.3.1 识别方法 520
13.3.2 算例分析 522
13.4 基于完备集的结构非线性模型及其参数识别方法 530
13.4.1 识别方法 530
13.4.2 算例分析 533
前言
主要符号
第0章 绪论 1
0.1 结构健康监测的研究与应用概况 1
0.1.1 传感技术 3
0.1.2 数据科学与工程 12
0.2 结构损伤识别与模型修正 23
0.2.1 模态参数识别 23
0.2.2 结构损伤识别 28
0.2.3 结构模型修正 40
0.3 结构健康监测数据分析建模与安全评定 44
0.3.1 监测数据分析 44
0.3.2 监测数据建模与安全评定 49
0.4 结构灾害监测数据分析与评估 57
0.4.1 结构风效应监测数据分析 57
0.4.2 结构地震非线性模型识别与评估 61
0.5 结构健康监测的Benchmark模型 66
0.6 结构健康监测系统的应用 69
0.6.1 桥梁结构 69
0.6.2 国家游泳中心 79
0.6.3 某高层建筑 81
0.6.4 结构健康监测管理软件系统平台 82
第1章 数字信号的基础知识 86
1.1 傅里叶变换 86
1.2 离散信号的傅里叶变换与快速傅里叶变换 87
1.2.1 离散傅里叶变换 87
1.2.2 快速傅里叶变换 88
1.2.3 栅栏效应 88
1.2.4 频率分辨率 89
1.2.5 能量泄漏与加窗 90
1.3 采样定理 93
1.4 拉普拉斯变换 96
1.4.1 拉普拉斯变换的定义 96
1.4.2 拉普拉斯变换的函数微分性质 98
1.5 信号滤波与去噪 98
1.5.1 滤波 99
1.5.2 小波去噪 102
第2章 数据压缩采样 104
2.1 数据压缩采样的数学原理 104
2.1.1 压缩感知问题描述 104
2.1.2 稀疏性 105
2.1.3 测量矩阵 106
2.1.4 优化求解算法 106
2.2 应用实例 108
2.2.1 桥梁监测加速度压缩采样 108
2.2.2 大跨空间结构监测加速度压缩采样 117
第3章 无线传输数据丢失恢复算法 121
3.1 无线传输数据丢失概述 121
3.2 无线传输数据丢失恢复算法 126
3.2.1 无测量噪声的数据丢失恢复算法 126
3.2.2 有测量噪声的数据丢失恢复算法 127
3.3 应用实例 128
3.3.1 桥梁监测数据丢失恢复 128
3.3.2 大跨空间结构监测数据丢失恢复 140
第4章 结构模态分析理论基础 144
4.1 单自由度结构的频响函数和脉冲响应函数 144
4.1.1 线性黏滞阻尼动力系统 144
4.1.2 线性结构阻尼动力系统 148
4.1.3 频响函数曲线性质 150
4.1.4 不同荷载作用下结构频响函数和脉冲响应函数 155
4.2 多自由度结构频响函数 159
4.3 多自由度结构实模态频响函数和脉冲响应函数 163
4.3.1 多自由度结构模态参数 163
4.3.2 多自由度结构实模态频响函数与单位脉冲响应函数 166
4.3.3 算例分析 168
4.4 多自由度结构复模态频响函数 174
4.4.1 线性黏滞阻尼动力系统 174
4.4.2 线性结构阻尼动力系统 179
4.4.3 复模态性质 180
4.4.4 复模态频响函数及脉冲响应函数 181
4.4.5 算例分析 184
第5章 环境激励下结构模态参数识别方法 188
5.1 频域分解法 188
5.2 NExT法与ERA法 192
5.2.1 NExT法 192
5.2.2 ERA法 195
5.3 随机子空间方法 202
5.4 时变环境结构模态参数分析 208
5.4.1 主成分分析方法 208
5.4.2 神经网络建模方法 212
5.5 应用实例 214
5.5.1 结构健康监测系统概况 214
5.5.2 结构模态参数识别结果 215
5.5.3 环境因素与模态参数关系模型 222
第6章 结构损伤识别方法 233
6.1 基于模态参数的结构损伤识别方法 233
6.1.1 基于频率的结构损伤识别方法 233
6.1.2 基于振型的结构损伤识别方法 235
6.2 结构损伤识别信息融合方法 238
6.2.1 D-S证据理论 238
6.2.2 Bayesian推理 241
6.2.3 D-S证据理论与Bayesian推理的比较 242
6.2.4 基于信息融合的结构损伤识别方法 246
6.3 算例分析 249
6.3.1 桥梁有限元模型 249
6.3.2 结构损伤识别结果 250
第7章 结构模型修正 255
7.1 模态参数灵敏度方法 255
7.1.1 结构模态参数灵敏度 255
7.1.2 结构参数估计方法 257
7.2 Bayesian概率方法 261
7.3 应用实例 264
7.3.1 斜拉桥子结构特征 264
7.3.2 待修正结构参数 268
7.3.3 修正结构参数 270
第8章 车辆荷载极值模型与疲劳荷载谱 273
8.1 车辆荷载监测数据特征 273
8.2 随机过程概率模型与极值概率模型 277
8.2.1 滤过Poisson过程与极值概率模型 277
8.2.2 滤过Weibull过程与极值概率模型 279
8.2.3 平稳二项随机过程与极值概率模型 279
8.2.4 更新过程与极值概率模型 281
8.3 基于监测数据的车辆荷载极值建模与概率模型 284
8.3.1 截口分布概率模型 284
8.3.2 到达时间概率模型 287
8.3.3 极值概率模型数值计算方法 288
8.3.4 应用实例 291
8.4 基于监测数据的车辆疲劳荷载谱建模与模型 298
8.4.1 中国车辆分类 298
8.4.2 车辆疲劳荷载谱 300
8.4.3 车流量预测Logistic方法 302
8.4.4 应用实例 303
第9章 车辆荷载时空分布识别与建模 307
9.1 车辆荷载时空分布识别方法 307
9.1.1 二值图像形态学方法 308
9.1.2 车辆图像识别 310
9.1.3 车辆定位 318
9.2 车辆荷载随机场建模 320
9.2.1 马尔科夫随机场理论基础 321
9.2.2 联合树算法 323
9.2.3 车辆荷载随机场模型 326
9.3 应用实例 328
9.3.1 车辆荷载识别 328
9.3.2 车辆荷载建模 330
第10章 基于监测数据的主梁安全评定方法 334
10.1 应变监测数据特征 334
10.1.1 钢筋混凝土桥梁 334
10.1.2 钢桥 337
10.2 应变监测数据的解耦 340
10.2.1 趋势项应变解耦方法 340
10.2.2 混凝土收缩与徐变应变解耦方法 343
10.3 基于监测应变的结构承载力极限状态安全评定 348
10.3.1 关键构件荷载效应概率模型 349
10.3.2 关键构件抗力衰减模型 358
10.3.3 结构承载力极限状态可靠度评估方法 359
10.3.4 应用实例 361
10.4 基于监测应变的钢箱梁疲劳累积损伤评估方法 365
10.4.1 钢材疲劳累积损伤基础理论 365
10.4.2 钢箱梁构造细节疲劳寿命曲线 368
10.4.3 钢箱梁疲劳荷载效应谱计算方法 370
10.4.4 应用实例 371
第11章 基于监测数据的拉索安全评定方法 373
11.1 拉索时变索力识别方法 374
11.1.1 索力监测数据特征 374
11.1.2 时不变索力识别方法 379
11.1.3 时变索力识别方法 381
11.1.4 算例分析 386
11.2 承载力极限状态评估方法 396
11.2.1 拉索时变抗力模型 396
11.2.2 荷载效应极值模型 402
11.2.3 时变承载力极限状态安全评定 404
11.2.4 应用实例 406
11.3 基于S-N曲线的拉索疲劳累积损伤评估与寿命预测方法 416
11.3.1 高强钢丝疲劳寿命预测模型 416
11.3.2 拉索疲劳寿命预测模型 418
11.3.3 拉索疲劳荷载效应谱计算方法 419
11.3.4 应用实例 420
11.4 拉索疲劳累积损伤与寿命预测的断裂力学方法 432
11.4.1 高强钢丝断裂力学基本理论 432
11.4.2 高强钢丝腐蚀疲劳退化模型 434
11.4.3 拉索疲劳寿命评估方法 437
第12章 大跨度桥梁风和风效应监测数据分析 439
12.1 风与风效应监测系统设计方法 439
12.2 风场监测数据分析方法 442
12.2.1 平均风速 442
12.2.2 风速剖面 443
12.2.3 脉动风湍流强度与湍流积分尺度 444
12.2.4 脉动风速功率谱 446
12.2.5 阵风因子 448
12.2.6 脉动风的空间相关性 449
12.2.7 风场展向不均匀性 449
12.3 风压场与绕流场监测数据分析方法 449
12.3.1 风压场 449
12.3.2 绕流场 451
12.4 主梁涡激振动监测数据分析方法 455
12.4.1 涡激振动判别条件 456
12.4.2 涡激振动特征 456
12.5 主梁抖振响应监测数据分析方法 458
12.6 斜拉索涡激振动监测数据分析方法 459
12.6.1 平均风速的空间变换关系 459
12.6.2 斜拉索涡激振动起振风况分析 459
12.6.3 斜拉索涡激振动参与模态的估计方法 461
12.7 应用实例 1462
12.7.1 某大跨度悬索桥风与风效应监测系统 462
12.7.2 风场监测数据与分析 466
12.7.3 风压场与绕流场监测数据与分析 472
12.7.4 主梁涡激振动监测数据与分析 477
12.7.5 主梁抖振监测数据分析 480
12.8 应用实例 2484
12.8.1 某大跨度斜拉桥及斜拉索涡激振动监测系统概况 484
12.8.2 斜拉索涡激振动监测数据分析 485
第13章 结构地震反应监测数据分析与损伤识别 489
13.1 地震地面运动和结构地震反应监测数据分析 489
13.1.1 地震地面运动工程特性分析 490
13.1.2 结构地震损伤快速分析方法 501
13.2 基于数据驱动的结构非线性损伤定位方法 508
13.2.1 识别方法 508
13.2.2 算例分析 511
13.3 结构非线性模型参数识别方法 520
13.3.1 识别方法 520
13.3.2 算例分析 522
13.4 基于完备集的结构非线性模型及其参数识别方法 530
13.4.1 识别方法 530
13.4.2 算例分析 533
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