《橋梁工程結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測-理論與實(shí)踐》 課件 第01章 緒論

第

一

章

緒

論橋梁工程結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測——理論與實(shí)踐CONTENTS11.1工程結(jié)構(gòu)健康檢測概述2341.2橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)1.3智慧時(shí)代的土木工程1.4工程結(jié)構(gòu)智慧化的關(guān)鍵技術(shù)51.5工程結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測相關(guān)術(shù)語1.1工程結(jié)構(gòu)健康檢測概述土木工程領(lǐng)域的重大工程結(jié)構(gòu)的使用期長達(dá)幾十年、甚至上百年。環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)與突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的耦合作用將不可避免的導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，從而使抵抗自然災(zāi)害、甚至正常環(huán)境作用的能力下降，極端情況下引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。另外，土木工程結(jié)構(gòu)在服役過程中，也需要大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行維護(hù)。上述這些問題都迫切需要結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)來加以解決。1.1.1工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測發(fā)展歷史結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測（StructuralHealthMonitoring,簡稱SHM）

指利用現(xiàn)場的無損傳感技術(shù)，通過包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析，達(dá)到檢測結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。#起源于1954年

最初目的：結(jié)構(gòu)的載荷監(jiān)測#

20世紀(jì)80年代后期；美國向結(jié)構(gòu)損傷檢測，損傷定位、結(jié)構(gòu)壽命評估等方面發(fā)展#1989；美國美國Brown大學(xué)的Mendez等人首先提出把光纖傳感器用于混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測在我國，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測目前主要在一些重要的大跨橋梁上使用，如香港的青馬大橋、上海的東海大橋等。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)綜合現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信號處理技術(shù)與分析、數(shù)據(jù)與挖掘、預(yù)測決策理論和結(jié)構(gòu)分析理論等多個(gè)領(lǐng)域的知識。

典型的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)四個(gè)部分：

作為硬件系統(tǒng)，功能為感知結(jié)構(gòu)的荷載和效應(yīng)信息，并以電、光、聲、熱等物理量形式輸出，該系統(tǒng)是健康監(jiān)測系統(tǒng)的最前端和最基礎(chǔ)的子系統(tǒng)。它是聯(lián)系傳感器系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的橋梁。它是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能。它的主要功能包括，損傷識別、模型修正和安全評估與安全預(yù)警。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展三階段：#第一階段

早期單項(xiàng)健康監(jiān)測系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)種類有限，采集設(shè)備不安全，間歇性監(jiān)測。#第二階段

集成監(jiān)測系統(tǒng)傳感器種類極大豐富，采集系統(tǒng)完善，連續(xù)采集，有數(shù)據(jù)庫管理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。#第三階段

集成監(jiān)測診斷系統(tǒng)在第二階段的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)對數(shù)據(jù)的處理，并利用數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測狀態(tài)的在線評估、在線預(yù)警，并為深入地離線評估提供便利；功能更加豐富，無線及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)被用于系統(tǒng)之中。如何解決讓結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)真正對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，能夠識別構(gòu)件存在的損傷及其嚴(yán)重程度，以及對整個(gè)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的影響。巨大進(jìn)步后的困境：是整個(gè)健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心和靈魂目前損傷識別和評價(jià)的方法：1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、測試求解等步驟進(jìn)行損傷識別，其前期運(yùn)算量相當(dāng)大，且不同的橋梁需要分別訓(xùn)練，普適性差。2.動力指紋法：將結(jié)構(gòu)看作是有質(zhì)量、剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)參數(shù)所組成的體系，通過結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)和頻響函數(shù)的變化來確定反映結(jié)構(gòu)動力特性的相關(guān)參數(shù)的變化，從而判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，其中常用的動力指紋有頻響函數(shù)、頻率、振型、曲率模態(tài)、應(yīng)變模態(tài)、模態(tài)保證準(zhǔn)則等。3.模型修正法：依賴于有限元模型，需要反演運(yùn)算反復(fù)修正剛度矩陣，且需要求解逆問題，過程繁瑣。1.1.2工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測基本概念1.結(jié)構(gòu)健康將生命體的健康概念轉(zhuǎn)移到土木結(jié)構(gòu)上來，可以認(rèn)為，如果結(jié)構(gòu)能出色的保持既定功能，則結(jié)構(gòu)就是健康的。結(jié)構(gòu)健康的三層含義：1.至少能夠保持既定基本功能，即可靠性規(guī)定的功能2.能保持一些人們額外期待的（除了基本功能以外）的功能，如出現(xiàn)超常的作用時(shí)的安全性、使用性及耐久性。超載已經(jīng)成為非偶然現(xiàn)象。3.出色的保持或完成既定功能，意味著結(jié)構(gòu)保證這些功能的能力強(qiáng)，各種裕量充足，表現(xiàn)輕松。結(jié)構(gòu)的基本功能：(1)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用條件下應(yīng)具有良好的使用性能；(3)在正常維護(hù)條件下應(yīng)具有足夠的耐久性能；(4)在偶然性超載或其它偶然激勵(lì)條件下仍然保持必須的整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的額外功能：(1)結(jié)構(gòu)主體，超出基本功能要求以外的要求(2)輔助或附屬部分的安全、使用性好等功能要求。安全性要求適用性要求耐久性要求安全性要求、適用性要求、耐久性要求統(tǒng)稱可靠性要求2.健康監(jiān)測與診斷結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測：是指對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的內(nèi)、外在表現(xiàn)及其指標(biāo)的監(jiān)測，不涉及對結(jié)構(gòu)最終健康狀態(tài)的結(jié)論的診斷。這里提到的外在表現(xiàn)就是結(jié)構(gòu)損傷或病害，內(nèi)在通常是結(jié)構(gòu)整體或局部性能的退化?？梢?，健康監(jiān)測就是對損傷的監(jiān)測和對整體或局部性能的監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康診斷：是要對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出最終的結(jié)論，即作出結(jié)構(gòu)當(dāng)前是否達(dá)到的健康的要求，以及健康的程度如何的結(jié)論。健康診斷包括兩大任務(wù)，一是對結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)的識別與判斷（也可將其稱為健康狀態(tài)評估）；另一個(gè)是結(jié)構(gòu)的趨勢跟蹤與預(yù)測。基礎(chǔ)目標(biāo)3.結(jié)構(gòu)損傷與性能退化損傷和性能退化是結(jié)構(gòu)健康與否的征兆和原因。在使用過程中，工程結(jié)構(gòu)的理想設(shè)計(jì)性能會不可避免地發(fā)生各種偏離和下降，直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)效應(yīng)朝著不利的方向發(fā)展，進(jìn)而影響到結(jié)構(gòu)的健康。盡管這些偏離和下降的原因非常復(fù)雜，但可以將它們大致分為三類：結(jié)構(gòu)在使用中發(fā)生的各種使用條件退化本身性能退化結(jié)構(gòu)的局部損傷（1）使用條件退化使用條件主要是指結(jié)構(gòu)在使用時(shí)所必須滿足的條件，如橋梁必須有一定的支承條件，橋面必須有相當(dāng)平順的鋪裝層等，如下圖所示。當(dāng)這些條件發(fā)生與設(shè)計(jì)不符的偏離和下降時(shí)，都可能危及橋梁的健康。（2）本身性能的退化由于材料劣化、收縮徐變等原因引起，常常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)特性變化和結(jié)構(gòu)抗力退化，從而危及健康。這種損傷往往具有整體、緩慢演變的特點(diǎn)，具有‘溫水煮青蛙’的特點(diǎn)，只能從整體上把握它的演變趨勢，難以覺察瞬時(shí)的變化，難以做到準(zhǔn)確的定位和定量識別。橋梁結(jié)構(gòu)中常發(fā)生的屬于這種損傷的例子有鋼筋銹蝕、預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力損失、混凝土抗力退化，材料收縮徐變等，如下圖所示。（3）結(jié)構(gòu)的局部損傷常規(guī)意義上對應(yīng)于局部剛度損失的局部損傷也有著復(fù)雜的產(chǎn)生機(jī)理。有對應(yīng)與偶然性撞擊、爆炸作用留下的突發(fā)性局部受力面積缺損而導(dǎo)致的剛度損傷；也有因結(jié)構(gòu)局部性能偏離和下降而導(dǎo)致的局部緩變剛度損傷；還有因?yàn)閯偠葥p傷帶來的阻尼損傷，以及結(jié)構(gòu)性能劣化而帶來的阻尼損傷。a).

突發(fā)性剛度損傷b).

緩變性剛度損傷c).

結(jié)構(gòu)阻尼損傷繞過各種復(fù)雜的損傷機(jī)理，但從力學(xué)建模角度看，上述各種損傷均可用基本力學(xué)特性參數(shù)表示，下表列出各種損傷的力學(xué)模型描述：產(chǎn)生機(jī)理具體實(shí)例力學(xué)模型時(shí)間尺度空間尺度橋梁使用條件退化支承條件緩變、突變局部鋪裝緩變、突變局部、整體橋梁本身性能退化索纜銹斷緩變、突變局部預(yù)應(yīng)力損失緩變局部、整體混凝土抗力退化緩變局部、整體鋼筋銹蝕斷裂局部、整體常規(guī)意義的上損傷突發(fā)性剛度損傷或突變局部緩變性剛度損傷緩變局部、整體阻尼損傷剛度伴生阻尼損傷緩變、突變局部、整體原生阻尼損傷緩變局部、整體（4）損傷和性能退化的識別和健康監(jiān)測的關(guān)系什么是不健康？or什么是健康?結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和損傷識別有著密切的聯(lián)系，但損傷識別僅僅是健康監(jiān)測任務(wù)的一部分，不能將二者等同起來。常規(guī)意義上的損傷識別是對結(jié)構(gòu)剛度異常的識別。結(jié)構(gòu)剛度是一個(gè)不易測量的物理量，一般來說不直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度損失的探測，而是通過測量靜力物理量和動力物理量（頻率、振型等），依據(jù)可測量與結(jié)構(gòu)剛度的物理力學(xué)關(guān)系，間接地得出結(jié)構(gòu)剛度損失的信息。

健康監(jiān)測損傷識別1.2橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)由于缺乏科學(xué)計(jì)算的支撐，現(xiàn)有橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的總體軟件功能受到極大限制，已成為制約目前橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)整體發(fā)展的瓶頸；而橋梁領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算研究人員與軟件系統(tǒng)工程師之間的技術(shù)鴻溝，更成為瓶頸中的瓶頸。為此，本文圍繞橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件技術(shù)展開研究，給出基于MATLAB語言的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理算法的組件化實(shí)現(xiàn)方案，給出一般化的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件解決框架設(shè)計(jì)，建立了相應(yīng)的基于算法組件的科學(xué)計(jì)算類庫，結(jié)合JavaEE平臺規(guī)范，最終形成一般化的橋梁健康監(jiān)測的Web智能計(jì)算平臺解決方案。1.2.1橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測簡介1.

監(jiān)控與評估。通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。2.

設(shè)計(jì)驗(yàn)證。一方面利用監(jiān)測信息驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；另一方面將橋梁健康監(jiān)測信息反饋于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)得以改進(jìn)，并可能促進(jìn)新型設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生。3.

研究與發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能成為橋梁研究的“現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室”，通過監(jiān)測運(yùn)營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境獲得的信息可以作為理論研究和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查的補(bǔ)充，提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實(shí)的信息，促進(jìn)橋梁技術(shù)的發(fā)展。實(shí)施橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究的目的和意義：1.

第一階段：僅僅部署少量的傳感設(shè)備，監(jiān)測對象種類單一，且監(jiān)測在時(shí)間上是非連續(xù)的，間斷的。2.第二階段：可稱為集成式的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其組成包括多傳感器子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、傳輸和控制子系統(tǒng)，以及用于數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)管理的軟件子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)處理功能。相比第一階段，此階段監(jiān)測對象更多，數(shù)據(jù)采集、傳輸和儲存的能力更強(qiáng)，使獲得并儲存大量寶貴的監(jiān)測數(shù)據(jù)成為可能，但是對數(shù)據(jù)的處理尚不充分，海量數(shù)據(jù)并未得到有效利用，且數(shù)據(jù)處理通常以離線人工分析的方式進(jìn)行，從獲得數(shù)據(jù)到得到數(shù)據(jù)處理結(jié)果需要很長的時(shí)間周期。3.

第三階段：當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究正處于此階段。相比于前兩階段，此階段在數(shù)據(jù)的處理和有效利用方面有很大的進(jìn)步。此階段預(yù)期實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測結(jié)構(gòu)的局部損傷、病害，潛在的結(jié)構(gòu)失效以及運(yùn)營中的異常事件并及時(shí)給與預(yù)警信號；通過對數(shù)據(jù)進(jìn)一性能和剩余壽命進(jìn)行評估。但是，目前實(shí)現(xiàn)上述功能的數(shù)據(jù)處理算法尚在研究當(dāng)中，僅部分功能可以實(shí)現(xiàn)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷史：1.2.2系統(tǒng)組成及功能傳感器子系統(tǒng)01

數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng)02橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件集成系統(tǒng)，系統(tǒng)的集成程度越高，則健康監(jiān)測系統(tǒng)的智能化程度也就越高。當(dāng)前的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成應(yīng)包括傳感器子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng)，損傷識別、模型修正及安全評估子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)等四部分，是硬件系統(tǒng)，作用是對結(jié)構(gòu)響應(yīng)和環(huán)境信息進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測，并以光、電等物理量的形式傳遞給數(shù)據(jù)采集處理及傳輸子系統(tǒng)。傳感器子系統(tǒng)是健康監(jiān)測系統(tǒng)最前端和最基礎(chǔ)的子系統(tǒng)，需引起重視的一些問題包括：傳感器選型及布設(shè)位置的合理性；傳感器本身的耐久性等。該子系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，是聯(lián)系傳感器子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的橋梁。通過該子系統(tǒng)，可以將傳感器子系統(tǒng)傳入的光、電等數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，對模擬信號進(jìn)行一定的預(yù)處理后，儲存在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中。

損傷識別、模型修正及安全評估子系統(tǒng)03數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)04該子系統(tǒng)主要由損傷識別軟件、模型修正軟件、結(jié)構(gòu)安全評估軟件、可靠度計(jì)算軟件和實(shí)時(shí)預(yù)警軟件等多個(gè)軟件模塊組成，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分。目前橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)的研究主要是圍繞此子系統(tǒng)展開，存在問題包括海量數(shù)據(jù)處理困難，損傷別、模型修正及安全評估的算法尚不成熟，且難以滿足工程實(shí)際中在線化、實(shí)時(shí)化和智能化的需求。核心是數(shù)據(jù)庫，承擔(dān)著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能。橋梁設(shè)計(jì)施工及運(yùn)營的各種資料，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，系統(tǒng)采集到的海量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果都應(yīng)保存在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中。一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該集成這四個(gè)子系統(tǒng)，一方面應(yīng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立于其它子系統(tǒng)工作，子系統(tǒng)在功能實(shí)現(xiàn)上不相重合，具有松耦合性，另一方面使各子系統(tǒng)最大限度的協(xié)同工作，同時(shí)，它應(yīng)該是一個(gè)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)檢測方法，健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該具備實(shí)時(shí)性、自動化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。集成化和網(wǎng)絡(luò)化要求已經(jīng)基本滿足，但是無法滿足實(shí)時(shí)在線自動化監(jiān)測的要求。解決這一問題，為損傷識別、模型修正及安全評估子系統(tǒng)實(shí)時(shí)化、在線化提供有效途徑，具有比較重要的工程意義。1.2.3軟件架構(gòu)選擇數(shù)據(jù)處理的操作應(yīng)該是在客戶端完成，還是應(yīng)該在服務(wù)器端完成？在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)在線平臺設(shè)計(jì)中，這是必須要面對的問題。數(shù)據(jù)都集中存放在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是被部署在服務(wù)器上。使用客戶端對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要對數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的查詢、修改或維護(hù)等操作，將會提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)需要開發(fā)客戶端的數(shù)據(jù)處理軟件；在服務(wù)器端進(jìn)行處理，可直接對數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作，但是對服務(wù)器端應(yīng)用的開發(fā)要求較高。系統(tǒng)架構(gòu)的選擇目前流行的兩種架構(gòu)進(jìn)行討論，包括C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)。主要特點(diǎn)：把復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和界面顯示任務(wù)集中到客戶機(jī)（Client）上完成，而服務(wù)器（Server）端僅部署了數(shù)據(jù)庫以及一些簡單的事務(wù)處理解決方案，二者之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信?？蛻魴C(jī)上的業(yè)務(wù)邏輯和界面顯示功能往往被打包成一個(gè)GUI程序（圖形界面應(yīng)用程序），被安裝在多個(gè)不同的終端之上，終端用戶通過此GUI程序完成與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫的連接和交互。C/S架構(gòu)（Client/Server），即是客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的早期得到過廣泛的應(yīng)用。更多的數(shù)據(jù)信息服務(wù)更易使用的界面更好的計(jì)算能力數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的并發(fā)連接數(shù)的限制；應(yīng)用程序的維護(hù)和管理非常困難，工作量大，效率低；大量傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很大。優(yōu)缺橋梁健康監(jiān)測不適用常見的B/S架構(gòu)采用三層組件結(jié)構(gòu)：客戶端顯示層，即安裝在客戶端的瀏覽器，用于查看回應(yīng)和提交請求；應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)功能包括業(yè)務(wù)邏輯和界面顯示等，此層也可以再細(xì)分為多層，比如將業(yè)務(wù)邏輯和界面顯示分開為兩層；數(shù)據(jù)層；為上層提供所需的數(shù)據(jù)服務(wù)。B/S架構(gòu)（Browser/Server）

即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，它是在C/S架構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，為C/S架構(gòu)存在的問題提供了很好的解決方案，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。相比于C/S架構(gòu)，B/S架構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：基于B/S架構(gòu)的系統(tǒng)易于修改，維護(hù)以及更新。不存在數(shù)據(jù)庫并發(fā)連接數(shù)量限制的問題。通過對服務(wù)器硬件的升級即可以提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，不受客戶端軟硬件條件限制。網(wǎng)絡(luò)可以節(jié)省用戶的時(shí)間和開支，并提高準(zhǔn)確性。對于用戶的培訓(xùn)比較簡單，需要較少的專業(yè)背景。在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)在線平臺設(shè)計(jì)中，B/S架構(gòu)的優(yōu)勢：首先，健康監(jiān)測面向的對象是海量的數(shù)據(jù)，采用B/S架構(gòu)，會大大減小對Internet的負(fù)載；其次，隨著健康監(jiān)測研究的不斷發(fā)展和深入，系統(tǒng)功能的更改和擴(kuò)展會經(jīng)常發(fā)生，在服務(wù)器端進(jìn)行代碼更新會顯著提高工作效率；第三，也是最重要的一點(diǎn)，健康監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)數(shù)據(jù)處理耗時(shí)長，對計(jì)算機(jī)硬件要求高，服務(wù)器端可以采用高性能計(jì)算機(jī)分布式運(yùn)算，但是客戶端受軟硬件條件限制。第四，采用C/S架構(gòu)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸會占用大量時(shí)間，很難實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制。橋梁健康監(jiān)測建議采用1.3智慧時(shí)代的土木工程1.3.1未來三十年的工程技術(shù)特征未來的工程技術(shù)三大特征：資源分布繼續(xù)不對稱需工業(yè)技術(shù)（可簡稱為老IT技術(shù)，IndustrialTechnology）

信息繼續(xù)不對稱需信息技術(shù)（可簡稱舊IT技術(shù)，Information

Technology）設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)管養(yǎng)知識到智力的不對稱需智能技術(shù)（可簡稱為新IT技術(shù)，Intelligent

Technology）智能規(guī)劃、智能設(shè)計(jì)、智能制造......對于土木工程技術(shù)：過去自20世紀(jì)以來未來接近完備的土木工程技術(shù)體系老IT技術(shù)基于信息技術(shù)輔助的土木工程技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析仿真、計(jì)算機(jī)輔助施工等虛擬現(xiàn)實(shí)；BIM技術(shù)實(shí)體結(jié)構(gòu)舊IT技術(shù)新IT技術(shù)人工智能的社會智慧化、智能化和自動化改造智慧與智能智能是不同程度的自動化智慧具有意識和自動價(jià)值取舍自動決策的特點(diǎn)1.3.2橋梁工程的未來、需求策略及技術(shù)趨勢新需求更舒適、更安全、更耐久、更易于設(shè)計(jì)及建造...新策略新材料新結(jié)構(gòu)新理論新技術(shù)...提高傳統(tǒng)建筑材料的性能高性能混凝土使用新型的建筑材料CFRP、GFRP使用新型功能材料

高摩擦材料，自融合材料使用新型智能材料

智能材料的基本材料組元...對傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行創(chuàng)新；新的跨越形式

張弦索空中軌道，阿基米德橋...材料層面

材料基因組、納米材料、復(fù)合材料等橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析新理論

全壽命全概率設(shè)計(jì)理論、多尺度力學(xué)分析、時(shí)變力學(xué)分析等橋梁服役期新理論包括

結(jié)構(gòu)力學(xué)反分析等勘察階段

遙感技術(shù)、光學(xué)掃描技術(shù)等設(shè)計(jì)階段

BIM技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等橋梁施工制造階段

智能制造技術(shù)、3D打印技術(shù)等橋梁服役期

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等1.3.3智慧規(guī)劃設(shè)計(jì)智慧時(shí)代的橋梁工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的四個(gè)特點(diǎn)：特點(diǎn)一：全壽命設(shè)計(jì)能夠把握主要結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)特性的時(shí)間長期演變規(guī)律各種荷載和作用的時(shí)間演變規(guī)律各種結(jié)構(gòu)工作性能及其表征指標(biāo)的長期演變規(guī)律各種設(shè)計(jì)要素和結(jié)構(gòu)長期性能指標(biāo)的影響規(guī)律各種建造、管養(yǎng)維護(hù)的成本特點(diǎn)二：全尺度設(shè)計(jì)全尺度設(shè)計(jì)包括微觀和細(xì)觀的材料尺度、構(gòu)件尺度、結(jié)構(gòu)尺度以及地理尺度。微觀的材料尺度

材料晶格設(shè)計(jì)、位錯(cuò)控制和定制化橋梁專用鋼細(xì)觀的材料尺度

纖維編織方案設(shè)計(jì)、混凝土摻雜設(shè)計(jì)和FRP材料設(shè)計(jì)構(gòu)件尺度（宏觀）各種構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺度（宏觀）單體橋梁結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì)、連續(xù)節(jié)段橋梁設(shè)計(jì)地理尺度

結(jié)合路網(wǎng)的內(nèi)容，依據(jù)路網(wǎng)不同地理位置處道路的交通荷載特點(diǎn)，對各橋梁群進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)智慧時(shí)代的橋梁工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的四個(gè)特點(diǎn)：特點(diǎn)三：全智慧設(shè)計(jì)全智慧設(shè)計(jì)貫穿勘察規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)階段以及施工圖設(shè)計(jì)階段?？辈煲?guī)劃階段

智能化線路規(guī)劃，智慧化橋隧路必選決策和智慧化橋梁方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)階段

智能化荷載設(shè)計(jì)、尺寸擬定、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、驗(yàn)算、配筋設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和附屬系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)階段

結(jié)合人工智能決策系統(tǒng)的BIM設(shè)計(jì)和智能化施工圖出圖特點(diǎn)四：全功能設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)

對抗風(fēng)、抗震、抗傾覆、防爆進(jìn)行設(shè)計(jì)；橋梁結(jié)構(gòu)使用性能設(shè)計(jì)

對線形、行車平順性、振動舒適性進(jìn)行設(shè)計(jì)；橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土防銹蝕設(shè)計(jì)、鋼材防銹設(shè)計(jì)、鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)；橋梁性能感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

橋梁智慧監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、橋梁智能檢測方案設(shè)計(jì)；橋梁智能運(yùn)維管養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

橋梁管養(yǎng)決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)，橋梁智能修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能修復(fù)裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段的橋梁設(shè)計(jì)

安全性設(shè)計(jì)為核心，使用性設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)為從屬地位。未來的橋梁

使用性設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)過程必須深化并獨(dú)立存在、性能感知系統(tǒng)和智能運(yùn)維管養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為必要內(nèi)容。1.3.4智能制造及設(shè)備智能制造特點(diǎn)是以大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技貫穿于整個(gè)制造過程。為橋梁施工建設(shè)提供了更多的可能性，減少施工的復(fù)雜性，減少施工建設(shè)者的工作內(nèi)容，提高工作效率。

智能施工組織可應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、BIM技術(shù)、智能方案設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

沉浸于橋梁施工現(xiàn)場，排演施工工序，排查施工風(fēng)險(xiǎn)。精細(xì)BIM技術(shù)

構(gòu)成了施工組織仿真的操縱對象。人工智能

將精細(xì)BIM技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來，高效地形成施工方案。智能施工監(jiān)控

可自動獲取技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

（激光掃描、GNSS、機(jī)器視覺）

在施工過程中通過智慧感知獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)

（力學(xué)狀態(tài)的實(shí)時(shí)分析、關(guān)鍵參數(shù)的識別、施工風(fēng)險(xiǎn)的智能感知等）對基于監(jiān)控的施工方案進(jìn)行自動優(yōu)化與調(diào)整，形成智慧化的橋梁施工方案3D橋梁打印技術(shù)能夠按照橋梁BIM模型，將橋梁打印成型，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。3D打印技術(shù)能夠打印出具有骨干與美感的橋梁，力學(xué)合理的橋梁。需要發(fā)展橋梁專用的打印機(jī)、橋梁專用的材料，以及成型后的力學(xué)分析技術(shù)。智能裝配式橋梁：是一種工業(yè)化造橋技術(shù)，具有高效、質(zhì)量高，人工用量少的特點(diǎn)。未來三十年可發(fā)展至第五代，除預(yù)制拼裝以及結(jié)合新材料新工藝外，還結(jié)合智能化制造、拼裝以及具有長期感知的特性。智能建橋機(jī)器人及設(shè)備能夠突破地形的限制，在深海、高山峽谷、大江大河等地形，發(fā)展勞力密集型的智能機(jī)具，使用鋼筋網(wǎng)自動化制作、混凝土攪拌澆筑振搗、精準(zhǔn)吊裝、緊固機(jī)器人等特種施工機(jī)械，能夠解放人力，減少傳統(tǒng)施工中的不安全性。1.3.5智慧橋梁：智慧監(jiān)測、智慧感知及智慧管養(yǎng)智慧監(jiān)測在于獲取橋梁基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)，通過設(shè)置各種傳感器及測量設(shè)備，對服役期內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)的各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測量，包括橋梁的力學(xué)響應(yīng)、幾何外形、荷載作用等。狹義

測量是實(shí)時(shí)、在線的、自動化的和智能的廣義

還包括適時(shí)的檢測手段智慧橋梁包含智慧監(jiān)測、智慧感知以及智慧管養(yǎng)。智慧感知能夠智能識別與感知橋梁基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，建立表征橋梁結(jié)構(gòu)健康運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測指標(biāo)體系，實(shí)時(shí)、在線、自動化地從監(jiān)測數(shù)據(jù)中分析計(jì)算各監(jiān)測指標(biāo)，依據(jù)各種監(jiān)測指標(biāo)，自動辨識橋梁各種性能狀態(tài)、性能演變歷史及未來發(fā)展態(tài)勢，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在線預(yù)警及各種預(yù)設(shè)的指標(biāo)超閾值事件，表征相應(yīng)的性能退化或損傷發(fā)生，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的智能評估。智慧管養(yǎng)是橋梁基礎(chǔ)設(shè)施的智慧化運(yùn)維和健康管理。根據(jù)預(yù)警指標(biāo)，建立預(yù)警機(jī)制，建立管養(yǎng)預(yù)警預(yù)案；根據(jù)監(jiān)測指標(biāo)，建立橋梁智能化評估方案；根據(jù)監(jiān)測指標(biāo)，建立橋梁結(jié)構(gòu)維修管養(yǎng)決策機(jī)制；進(jìn)行橋梁的智慧化運(yùn)維和健康管理。1.3.6對高層次技術(shù)人才的素質(zhì)和能力要求1.4工程結(jié)構(gòu)智慧化的關(guān)鍵技術(shù)1.4.1有限元模型修正的發(fā)展概況通常意義上的模型修正指的是利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)場實(shí)測的響應(yīng)信息修正其結(jié)構(gòu)有限元分析模型，使得修正后結(jié)構(gòu)有限元模型計(jì)算的響應(yīng)值與試驗(yàn)值趨于一致。結(jié)構(gòu)動力學(xué)有限元模型修正技術(shù)發(fā)展三層次：人工修改，計(jì)算模型修正以及模型確認(rèn)。人工修改就是建模人員通過一些工程經(jīng)驗(yàn)，人工調(diào)整理論模型中一些初始參數(shù)。人工修改方法不需要復(fù)雜的理論推導(dǎo)，但只有在建模人員具有相當(dāng)豐富的有限元建模工程經(jīng)驗(yàn)，并對結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性有一定了解的前提下，才能得到較高質(zhì)量的理論模型。計(jì)算模型修正(ComputationalModelUpdating，CMU)，簡稱模型修正，它是建模人員利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論和某種優(yōu)化算法，編程后由計(jì)算機(jī)自動完成模型修正過程。計(jì)算模型修正一般需要較為復(fù)雜的優(yōu)化計(jì)算過程，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，這些問題大都得到了很好的解決。計(jì)算模型修正是模型確認(rèn)的一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)。目前對于模型修正的研究仍主要集中于計(jì)算模型修正模型確認(rèn)(ModelValidation)是近幾年提出的一個(gè)新概念，它是指通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面的分析，對有限元模型在設(shè)計(jì)空間的響應(yīng)預(yù)報(bào)精度進(jìn)行評價(jià)和確認(rèn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型修正，為進(jìn)一步的應(yīng)用提供精確可信的有限元模型以及響應(yīng)的計(jì)算方法。模型確認(rèn)是模型修正的最高層次。模型修正方法分類依據(jù)試驗(yàn)加載方式和已知響應(yīng)信息類型的不同，結(jié)構(gòu)有限元模型修正分為:基于動力信息(利用頻率、振型等信息)基于靜力信息(利用位移、應(yīng)變和曲率等信息)的方法。根據(jù)修正對象的不同，有限元模型修正又可分為:

矩陣型修正

參數(shù)型修正需借助質(zhì)量和剛度矩陣，不適用于大型結(jié)構(gòu);會出現(xiàn)虛元和負(fù)剛度值，沒有明確的物理意義,難以應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)。矩陣型修正法直接修改結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣或總質(zhì)量矩陣參數(shù)型修正方法以單元矩陣元素或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為修正對象修正后的模型物理意義明確；需進(jìn)行優(yōu)化迭代；基于動力測試容易獲得數(shù)據(jù)；修正精度依賴于用于目標(biāo)函數(shù)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)的精度。模型修正軟件現(xiàn)階段國內(nèi)外具有模型修正功能的軟件有：比利時(shí)的LMS公司在軟件LMSVirtual.Lab優(yōu)化模塊；比利時(shí)DDS公司應(yīng)用軟件FEMtools，具有有限元分析、模型相關(guān)、模型修正等功能；法國Balmes教授于90年代推出的運(yùn)行在MatLab環(huán)境下的結(jié)構(gòu)動力學(xué)工具箱SDTools，求解規(guī)模較小，且操作復(fù)雜，不利于工程上的推廣與應(yīng)用；德國Schedlinski博士利用MatLab的編程語言，編寫了模型確認(rèn)軟件SysVal，實(shí)現(xiàn)了與有限元軟件MSC.Nastran的有效結(jié)合，具有利用模態(tài)參數(shù)和頻響函數(shù)修正的功能。李，何，均開發(fā)出了基于Matlab和Nastran的模型修正軟件，但修正的方法單一，普適性不佳。在工業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用的模型修正軟件還沒有出現(xiàn)。有限元模型修正目前存在問題：目前大多數(shù)的修正方法基本上是針對某一具體問題而言的，適應(yīng)范圍較窄，很難將其推廣到一般的普遍性問題；測量數(shù)據(jù)的不完整導(dǎo)致了修正結(jié)果的不唯一性；有許多產(chǎn)生誤差的可能性，如離散有限元模型的簡化誤差、測量中的誤差以及模態(tài)截?cái)嗨鸬恼`差。這些誤差對修正結(jié)果有著重大影響，但卻給修正時(shí)的建模誤差定位帶來了很大困難；修正后的解析模型與試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诘碗A模態(tài)的吻合，不能證明高階模態(tài)是否較原模型也有所改善；軟件實(shí)現(xiàn)問題。在修正過程中需要不斷進(jìn)行有限元計(jì)算和修正優(yōu)化計(jì)算。因此，需要解決修正優(yōu)化程序和現(xiàn)有工程有限元軟件的接口問題。1.4.2智能優(yōu)化算法的研究進(jìn)展多目標(biāo)優(yōu)化問題(MOP:MultiobjectiveOptimizationProblem)：多于一個(gè)的數(shù)值目標(biāo)在給定區(qū)域上的最優(yōu)化問題。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃理論解決部分優(yōu)化問題并且隨著科學(xué)進(jìn)步，工程系統(tǒng)的規(guī)模不斷增大無能為力進(jìn)化計(jì)算（EvolutionaryComputation）群智能（SwarmIntelligence）進(jìn)化算法是一種模擬自然進(jìn)化過程的隨機(jī)優(yōu)化算法進(jìn)化算法四個(gè)代表性分支：遺傳算法(GeneticAlgorithm，GA)、進(jìn)化策略(EvolutionaryStrategy，ES)、進(jìn)化規(guī)劃(EvolutionaryProgramming，EP)和遺傳程序設(shè)計(jì)(GeneticProgramming，GP)。都是借助生物演化的思想和原理1967年，Rosenberg在他的博士學(xué)位論文中提到了可用遺傳算法來求解多目標(biāo)優(yōu)化問題。1985年，出現(xiàn)了第一個(gè)多目標(biāo)進(jìn)化算法，即Schaffer提出的向量評估遺傳算法(VEGA)，開創(chuàng)了用進(jìn)化算法求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的先河。多目標(biāo)進(jìn)化算(MultiobjectiveOptimizationEvolutionaryAlgorithms)真正具有里程碑式的革命發(fā)生在1989年Goldberg第一次提出了在遺傳算法中使用Pareto形式適應(yīng)度函數(shù)的思想，通過比較個(gè)體間的Pareto支配關(guān)系來為群體中的個(gè)體排序，并且依據(jù)這個(gè)排列次序來實(shí)施進(jìn)化過程中的選擇操作，從而使得排在前面的非支配個(gè)體將有更大的機(jī)會遺傳到下一代。如此這樣經(jīng)過一定代數(shù)的循環(huán)之后，最終求出多目標(biāo)優(yōu)化問題的Pareto最優(yōu)解。群體智能算法是模擬自然界生物的群體行為來構(gòu)造隨機(jī)優(yōu)化算法，始于20世紀(jì)90年代。蟻群算法（AntColonyAlgorithm）也稱螞蟻算法20世紀(jì)90年代初由意大利學(xué)者M(jìn).Dorigo提出當(dāng)螞蟻找到食物并將它搬回來時(shí)，就會在它經(jīng)過的路上留下一種“外激素”，其它螞蟻聞到這種激素的“味道”，就沿該路線去覓食，而且還會沿著最短的路徑奔向食物。優(yōu)點(diǎn)：很強(qiáng)的發(fā)現(xiàn)較優(yōu)解的能力、魯棒性強(qiáng)、易于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，在動態(tài)環(huán)境下表現(xiàn)出高度的靈活性和健壯性。缺點(diǎn)：需要較長的搜索時(shí)間，搜索速度慢，且容易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，不能對解空間進(jìn)行全面搜索。TSP問題、分配問題、job-shop調(diào)度粒子群優(yōu)化(ParticleSwarmOptimizMion．PSO)其基本思想來源于對鳥群社會模型的研究及行為模擬。以個(gè)體的協(xié)作與競爭來完成對復(fù)雜搜索空間內(nèi)優(yōu)解的搜索，即所有粒子根據(jù)個(gè)體經(jīng)驗(yàn)和群體經(jīng)驗(yàn)不斷調(diào)整自己的速度和位置，朝著個(gè)體最優(yōu)和群體最優(yōu)的目標(biāo)飛行來完成更新優(yōu)化。J．Kennedy和R．C．Eberhart

于1995年提出優(yōu)點(diǎn)：概念簡單，收斂速度快，可調(diào)參數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于復(fù)雜環(huán)境中的優(yōu)化問題求解。缺點(diǎn)：但粒子群算法在后期難以維持種群的多樣性，而且易陷入局部極值。函數(shù)優(yōu)化，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，模式識別，模糊控制、車輛調(diào)度1.5工程結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測相關(guān)術(shù)語工程結(jié)構(gòu)Engineeringstructure：為了滿足某種功能需求而人工設(shè)計(jì)并建造的人工結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)健康Structuralhealth：對結(jié)構(gòu)的一種狀態(tài)屬性描述，在此狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)能夠很好的滿足人們對它預(yù)設(shè)的功能需求；結(jié)構(gòu)性能Structuralperformance：在安全性和適用性方面定性或定量的描述結(jié)構(gòu)的行為。監(jiān)測Monitoring：利用特定設(shè)備，對監(jiān)測對象的某些不確定且具有潛在變動的行為或性能進(jìn)行偵測，以及時(shí)把握其過去、現(xiàn)在和未來狀態(tài)。監(jiān)測對象必須是‘動’的，才有監(jiān)測的意義和價(jià)值?！o’的實(shí)物只需一次性檢測即可。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測Structuralhealthmonitoring：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是指對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的內(nèi)、外在表現(xiàn)及其指標(biāo)的監(jiān)測。它利用現(xiàn)場的、無損的、實(shí)時(shí)的方式采集與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)有關(guān)的信息，包括環(huán)境信息，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的各種特征，結(jié)構(gòu)因環(huán)境因素、損傷或退化而造成的改變信息等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的了解和把控。結(jié)構(gòu)健康診斷Structuralhealthdiagnosis：結(jié)構(gòu)健康診斷是要對結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)做出判斷結(jié)論，即做出結(jié)構(gòu)當(dāng)前是否達(dá)到的健康的要求，以及健康的程度如何的結(jié)論。健康監(jiān)測是健康診斷的基礎(chǔ)，健康診斷應(yīng)該是健康監(jiān)測的目標(biāo)。包括對結(jié)構(gòu)當(dāng)前狀態(tài)的識別與判斷（也可將其稱為健康狀態(tài)評估）和對結(jié)構(gòu)的趨勢跟蹤與預(yù)測。橋梁健康監(jiān)測Bridgehealthmonitoring：專門針對橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營期的健康狀態(tài)展開的監(jiān)測活動，通常包括監(jiān)測和診斷。結(jié)構(gòu)損傷和病害Structuraldamageanddisease：結(jié)構(gòu)的局部在長期使用過程中由于某種原因而導(dǎo)致與原設(shè)計(jì)的偏離，包括局部的使用條件變化（邊界條件）、局部材料或構(gòu)件缺失而導(dǎo)致的剛度、質(zhì)量或阻尼特性的變化，包括施工留下的缺陷（defect）等；結(jié)構(gòu)性能退化Structuralperformancedeterioration：結(jié)構(gòu)整體性能朝著對原設(shè)計(jì)不利方向的偏離，主要是由于材料劣化、收縮徐變、幾何移位變形和全局型使用條件的變化（如路面鋪裝層）所引起的，常常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)特性變化和結(jié)構(gòu)抗力退化，從而危及健康。具有整體、緩慢演變的特點(diǎn)，只能從整體上把握它的演變趨勢，難以覺察瞬時(shí)的變化，難以做到準(zhǔn)確的定位和定量識別。結(jié)構(gòu)損傷和性能演變分析Evolutionanalysisofstructuraldamageandperformance：一類針對服役結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真分析，它通過對結(jié)構(gòu)運(yùn)營期可能的損傷（病害）反生、發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)性能退化過程的模擬計(jì)算來發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)最佳信息監(jiān)測模式，以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)特定監(jiān)測目標(biāo)的偵測目的。健康監(jiān)測目標(biāo)Healthmonitoringtarget：為了偵測結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)而設(shè)定的監(jiān)測目標(biāo)，包括某方面工作性能，某局部損傷或病害，引起結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)重大損失的結(jié)構(gòu)安全事件，以及出于某種研究目的而設(shè)定的偵測目標(biāo)。健康監(jiān)測目標(biāo)是影響結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，且可以被技術(shù)手段所監(jiān)測的一種因素。健康監(jiān)測模式Healthmonitoringmode：為了揭示結(jié)構(gòu)的某項(xiàng)性能或?yàn)榱吮O(jiān)測某項(xiàng)關(guān)切的目標(biāo)而組織起來的一整套監(jiān)測方案。一個(gè)完整的監(jiān)測模式應(yīng)首先包括一個(gè)健康監(jiān)測目標(biāo)，監(jiān)測指標(biāo)，支撐監(jiān)測指標(biāo)信息測量的基本物理力學(xué)量測量網(wǎng)絡(luò)（邏輯組），指標(biāo)識別或抽取計(jì)算方案、基于功能函數(shù)的狀態(tài)識別方案（預(yù)警和評估）和趨勢跟蹤預(yù)測方案。傳感器邏輯組Sensorlogicalgroup：為了偵測某特定監(jiān)測指標(biāo)而組織起來的、在邏輯上劃定的傳感器網(wǎng)絡(luò)。健康功能函數(shù)Healthperformancefunction：為了描述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測目標(biāo)的建立的函數(shù)，其自變量為監(jiān)測指標(biāo)和其對應(yīng)的閥值。通過健康功能函數(shù)，可以對結(jié)構(gòu)某方面的狀態(tài)進(jìn)行健康屬性的判斷。監(jiān)測指標(biāo)Monitoringindicators：是描述結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測目標(biāo)演變過程的可偵測量（直接或間接），是健康監(jiān)測目標(biāo)的一種數(shù)值本征。結(jié)構(gòu)預(yù)警Structuralearlierwarning：對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)屬性轉(zhuǎn)變事件的一種提早判斷和警告。結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估Structuralstatusevaluation：對結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)屬性的定性和定量判斷，是結(jié)構(gòu)健康診斷的重要內(nèi)容。損傷識別Damageidentificati