第1章绪论
1.1研究的目的和意义
国民经济的快速发展，为土木工程的大发展提供了广阔空间，大型土木工程不断兴建，如用于大型体育赛事的超大跨空间结构、跨江跨海的超大跨桥梁、现代城市的标志性超高层建筑等，这些大型及重要建筑投资规模大、一般为重要的公共场所，一旦发生事故，将带来严重的灾害和人员伤亡，造成巨大的经济损失和极坏的社会影响。然而土木工程结构在施工过程中，由于构件质量缺陷，安装误差，环境因素等方面的影响，结构可能会出现不同程度的损伤；而且在长达几十年，甚至上百年的服役过程中，内在的缺陷、环境的侵蚀、材料的老化、荷载的作用以及人为或自然的原因等不利因素，将不可避免地导致结构的损伤，而这些损伤如果不能及时的发现和处理，积累到一定程度，会使结构的抗力衰减，从而导致整个结构的毁坏，引发灾难性的突发事故。
早在1967年12月，美国西弗吉尼亚州主跨为213.4m的锡尔弗（Silver)悬索桥，眼杆在孔眼处断裂，31辆车从桥上掉下，导致46人丧生W ； 1994年10月，韩国首尔HAN河上SungsooGrand大桥发生垮塌，造成32人丧生，另有17人受伤，主要因为节点板盖住了捍接裂纹'，致使裂纹很难被检查出来[51； 2004年5月23日巴黎戴高乐机场2E候机厅发生坍塌事故。法国交通部发表调査报告称，由于2E候机厅顶棚与圆形钢结构支柱连接处存在初始裂纹，在长期风载荷的作用下，初始裂纹向临界裂纹发展，受损不断累积，连接处发生突发性断裂，从而导致候机厅顶棚坍塌事故；2007年8月1 晚美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座横跨密西西比河的钢桥发生坍塌，造成13人死亡；在我国，1999年1月4 R，连接綦江县城东西城区的彩虹桥整体坍塌，导致41人死亡，14人受伤；2001年，宜宾金沙江桥的短吊杆先后断裂，局部桥面下落江中，死伤各2人，其断裂原因是疲劳破坏；2005年3月辽宁市营口某在建锅炉厂坍塌，5人死亡，11人受伤；2005年7月内蒙古新丰电厂主厂房球形网架结构坍塌，2人死亡，7人受伤。灾难多发的一个重要原因就是缺乏结构健康监测的意识和方法。
对结构实施及时有效的健康监测和诊断是保障结构安全的一个重要途径。通过对结构实施健康监测可以及时获知结构的工作状态，结构健康时进行合理维护，损伤时进行及时修绪加固，从而实现最佳的经济性。
1.2大型钢结构工程
健康监测概述结构健康监测（Structural Health Monitoring,简称SHM ) 指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到检测结构损伤或退化的目的。其基本思想是通过测量结构在超常荷载前后的响应来推断结构特性的变化，进而探测和评价结构的损伤；或者通过持续监测来发现结构的长期退化。
大型钢结构工程健康监测是一个实时的，又是一个长期的过程，贯穿了施工阶段、服役阶段。包括了健康监测计划的制定、监测测点的布置、监测数据的采集、损伤识别、损伤部位的加固、修复。大型钢结构工作监测的流程如图1.1
第2章结构损伤识别技术硏究
2.1概述
结构损伤识别技术，是近几十年来在土木工程领域发展起来的一门适应工程实际需要的各学科交叉的的新兴综合学科。随着现代传感器技术、信号分析技术、无线通讯技术、计算机以及信息融合等技术的R益完善，结构损伤识别技术也迅速发展起来。近些年，结构损伤识别技术开始应用于一些重大工程结构中进行健康监测，对损伤进行定性，定位，定量，为结构的安全性做出评估。结构的损伤检测技术分为局部损伤检测法(Local Damage Detectio)和整体检测、法(Global Damage Detection)两大类。
2.2局部损伤检测法
局部损伤检测法，是指利用无损检测技术对结构的某个构件或部位进行检_测，以判断这个被检测构件或部位的损伤状况。对结构局部进行检测，例如焊缝的质量、裂缝的位置等。局部损伤检测法，包括超声波法、声学法、红外检测、强度检测法、同位素法、磁粉法、涡流法、泄.漏检测法、热学法、射线成像法等超声波检测法是将发射探头和接收探头接触结构的表面，接收探头可以探测到超声波的传播速度、频率、振幅等声学参数，当超声波在介质的传播中受到干扰，那么就可以通过这些参数对结构进行损伤检测。超声波检测的优点是应用范围广、检测厚度大、成本低、速度快、使用方便。声发射损伤检测法采用声发射探头将声发射源发射的弹性波转变为电信号，然后进行放大和处理，从而得到一些声发射特征参数，根据这些参数即可判断材料内部特征或状态。声发射的优点是灵敏度是最高的。红外损伤检测法的主要应用是对工程结构因损伤而导致的温度变化进行检测。当物体内部存在缺陷时，物体的热传导将改变，使物体表面温度分布发生变化。
第3章 基于灰色系统的损伤识别理论................................... 31-44
3.1 灰色系统理论................................... 31-32
3.2 灰色系统预测理论 ...................................32-33
3.3 灰色关联度分析理论................................... 33-37
3.4 灰色应变关联系数 ...................................37-42
3.5 本章小结 ...................................42-44
第4章 工程应用................................... 44-64
4.1 济南市大剧院健康监测概述................................... 44-47
4.2 济南市大剧院健康监测方案设计................................... 47-56
4.3 监测过程及数据结果分析................................... 56-63
4.4 本章小结 ...................................63-64
第5章 结论与展望 ...................................64-66
5.1 结论 ...................................64-65
5.2 工作展望................................... 65-66
结论
近些年来，在大型土木工程中，一般都进行了结构的健康监测。结构的健康监测和损伤识别对保障生命安全，减少经济损失具有重要意义。结构损伤识别技术，是近几十年来在土木工程领域发展起来的一门适应工程实际需要的各学科交叉的的新兴综合学科。损伤识别技术是结构健康监测的核心技术，依靠成熟的数据采集及分析方法，以正确的损伤识别理论作指导，对工程结构的健康状况做出评估。
本文在全面研究了国内外的损伤识别技术方法后，提出了基于静态测量数据的灰色应变关联系数法，并利用有限元软件对该方法进行了数值模拟，并将该方法应用到济南市文化中心大剧院钢结构健康监测项目中，结果显示结构工作运行状态良好，保证了工程项目的顺利实施。研究成果和结论有以下几个方面：
一、 分析了大型结构出现事故的原因，说明了结构的健康监测和损伤识别对保障生命安全，减少经济损失具有重要意义；阐述了结构损伤识别技术的研究现状。
二、 研究分析了各种损伤识别方法，重点分析了基于静态测量数掂的损'伤识别方法和基于动态测量数据的损伤识别方法。在工程中，监测的测点是有限的，--般是结合结构的受力特性进行测点的布置，在整个的大型结构中，也许会有儿百个测点，但是具体到一个构件，往往只有几个测点，基于静态测量数据的损伤识别方法可以很好地应对这些要求，而基于动态测量数据的损伤识别方法-般盖要大量的测量数据才能推导准确的结构响应。静态测量数据精度高、稳定性好，在实际应用中易于得到，无需外界激励。基于静态测量数据的损伤I只别方法的研究具有广阔的发展前景。