论文摘要
大型土木工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免的导致结构的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害甚至正常环境作用的能力下降,极端情况下引发灾难性的突发事件,造成极为恶劣的社会影响。对重大工程结构的结构性能进行实时的监测和诊断,及时发现结构的损伤,并评估其安全性,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。结构健康监测系统可以实时采集反应结构服役状况的相关数据,采用一定的损伤识别算法判断损伤的位置与程度,及时有效地评估结构的安全性,预测结构的性能变化并对突发事件进行预警,是近年来国际学术研究的热点问题之一。结构健康监测系统涉及许多不同的研究领域,如数据采集系统、信号处理、结构分析等。本文对结构健康监测系统设计和集成中的一些关键技术进行了以下几个方面的研究:（1）开发了光纤光栅传感器和传统电力式传感器同步数据采集系统。该系统采用虚拟仪器开发软件LabVIEW作为开发平台,基于美国MOI公司的Si425光纤光栅解调仪和NI公司的PXI-1044及SCXI-1314数据采集模块,实现了光学传感器和电学传感器的同时同步测量,采用TCP/IP协议进行远程数据传输。（2）开发了基于LabVIEW和MATLAB混合编程技术的数据处理、分析和损伤识别系统。该系统实现了对采集的信号进行小波消噪、计算信号的单边自功率谱、自相关函数、互相关函数以及利用小波分解识别损伤等功能。（3）建立了以大型网络数据库SQL Server2000为中心数据库的数据管理系统。利用NI公司的数据库连接工具包Database Connectivity Toolkit实现了LabVIEW和SQLServer 2000间的数据通信,可以方便地实现数据存储以及历史数据查询等功能。（4）将数据采集系统应用于某大厦模型的地震模拟试验中,试验结果验证了该软件工作的稳定性;以一个二层的钢框架结构为例对监测系统进行了测试,结果表明系统运行稳定可靠,损伤识别准确有效,适合在线的损伤监测、识别和预警。