变形与位移
结构构件的形状和位置随时间的变化。
“诊断调查记录某一时刻的状态。监测建立时间序列，使我们能够观察结构的演变、变化和响应。”
为什么要监测结构
许多管理问题无法通过单次检查得到解答：裂缝是稳定的还是在发展？桥面如何响应交通荷载？历史建筑的行为如何随时间变化？
结构健康监测（SHM — Structural Health Monitoring）通过连续或重复观察有意义的物理量，将测量结果转化为可解读的信息，从而回答这些问题。
- 核实已观察到的现象如何演变
- 检查结构对荷载及运行条件的响应
- 为维护和管理决策提供支持
- 表征结构的动力行为
结构
待观测物理量
传感器
采集
分析
解读
决策
可以监测哪些内容
根据所要回答的问题选择观测物理量：并非监测“一切”，而是监测对决策有意义的内容。
裂缝
通过应变计和裂缝计监测裂缝的开合及发展。
倾斜与转动
通过倾角计和测斜仪检查构件及支座的转动。
振动与动力响应
结构的加速度、固有频率及振型。
环境参数
在适用时，用于正确解读结构数据的环境物理量。
其他结构物理量
根据具体监测问题确定的其他参数。
静态与动态监测
选择静态还是动态观测取决于诊断和管理问题：两者跟踪不同的现象，并使用不同的传感器。
静态
随时间缓慢演变
跟踪缓慢演变的现象：变形、位移、转动及裂缝开合。使用倾角计、应变计和裂缝计等传感器，在不同时刻进行采集。
变形位移转动裂缝
动态
振动响应
观察结构如何振动：加速度、固有频率及振型。使用加速度计，可识别结构的动力响应。
振动加速度固有频率振型
从传感器到数据：如何建立监测系统
有效的监测系统始于问题，而非现有仪器。
01
确定目标
监测需要回答的管理或诊断问题。
02
选择物理量
识别对目标真正有意义的参数。
03
选择传感器
选用与物理量、结构和运行条件相适应的传感器。
04
安装
安装并配置数据采集系统。
05
数据采集与管理
持续收集和检查测量数据。
06
处理与解读
分析时间序列并对结果进行技术解读。
07
成果交付
与客户共同确定的报告、成果文件及关注阈值。
动力识别
模态分析与动力识别
每个结构都有其特有的振动方式：固有频率和振型描述其动力行为。模态分析可从实测振动中识别这些参数，也可在运行条件下进行（OMA — Operational Modal Analysis，采用 OMA-SSI 等技术）。
可将识别出的参数与数值模型（FEM）进行比较以校准模型，或持续跟踪这些参数以观察动力行为的变化。
- 结构的固有频率
- 振型与阻尼
- 运行条件下的动力识别（OMA-SSI）
- 在适用时与数值模型进行比较和校准
案例与应用
来自 Novatest Engineering 已记录项目经验的真实案例，展示监测能够回答的不同问题。
从施工阶段开始监测
浇筑前嵌入钢筋中的传感器：从施工阶段开始跟踪构件的应力状态。
转动与位移监测
使用倾角计和数据采集器，持续跟踪结构的转动与位移。
裂缝发展
使用电子应变计／裂缝计，核实裂缝是否稳定或仍在发展。
桥面的动力响应
使用 Artemis 进行运行模态分析（OMA-SSI）：识别桥面的频率及振型。
数值模型校准
使用 Midas 对历史塔楼进行 FEM 模态分析：比较实测频率与数值模型。
无损检测
特定时刻的状态认知
无损检测调查提供特定时刻的材料、内部几何形态及异常信息，是结构状态的快照。
结构监测 · SHM
随时间演变
监测持续观察结构行为：通过有意义的物理量时间序列，跟踪结构的演变与响应。
诊断与监测并不相同，但在问题需要时可以结合使用。
诊断调查可能引出监测需求；监测数据也可以指导新的针对性调查。
专题深入阅读
深入了解结构监测
针对结构监测主要领域的专题指南。
Novatest Engineering 的方法
Novatest 设计并管理端到端的结构监测系统，从初步咨询到数据解读：每个系统都始于客户的管理问题。
01
管理问题
需要了解什么，以及为什么。
02
确定物理量
对回答问题有意义的参数。
03
系统设计
与结构相适应的传感器、数据采集及系统配置。
04
安装与采集
现场安装及测量数据收集。
05
处理
时间序列及动力参数分析。
06
解读
结合结构背景对结果进行技术解读。
07
决策支持
报告、成果文件及管理决策支持。
常见问题
- 结构监测与无损检测有什么区别？
- 无损检测（NDT）是针对特定时刻的专项调查，反映构件的内部几何形态、材料及异常等状态。结构监测则观察变形、位移、裂缝和振动等物理量随时间的演变，建立结构行为的时间序列。
- SHM 是什么意思？
- SHM 是 Structural Health Monitoring（结构健康监测）的缩写：它是一套由传感器、数据采集、处理和解读组成的有组织的系统，可持续跟踪结构的状态与行为，为管理和维护决策提供支持。
- 可以监测哪些物理量？
- 根据诊断和管理问题，可监测变形与位移、裂缝开合及发展、倾斜与转动、振动与动力响应，以及在适用时的环境参数。选择物理量是监测系统设计的第一步。
- 静态监测与动态监测有什么区别？
- 静态监测跟踪缓慢变化的现象：变形、位移、转动及裂缝发展。动态监测观察结构对振动的响应：加速度、固有频率及振型。具体选择取决于监测需要回答的问题。
- 模态分析有什么用途？
- 模态分析可识别结构的固有频率和振型，即其特有的振动方式。它用于表征动力行为、评估随时间的变化，以及在适用时校准数值计算模型。
您是否需要持续监测结构或基础设施？
监测系统的设计始于它需要回答的问题。Novatest 技术人员可协助您确定最有效的物理量、传感器及采集策略。