Health Monitoring of Bridges pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Wenzel, Helmut

出品人:

页数:652

译者:

出版时间:2009-3

价格:1265.00元

装帧:

isbn号码:9780470031735

丛书系列:

图书标签:

桥梁健康监测
结构健康监测
桥梁工程
土木工程
传感器技术
数据分析
有限元分析
损伤检测
非破坏性检测
桥梁维护

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具体描述

Health Monitoring of Bridges prepares the bridge engineering community for the exciting new technological developments happening in the industry, offering the benefit of much research carried out in the aerospace and other industrial sectors and discussing the latest methodologies available for the management of bridge stock. Health Monitoring of Bridges: Includes chapters on the hardware used in health monitoring, methodologies, applications of these methodologies (materials, methods, systems and functions), decision support systems, damage detection systems and the rating of bridges and methods of risk assessment. Covers both passive and active monitoring approaches. Offers directly applicable methods and as well as prolific examples, applications and references. Is authored by a world leader in the development of health monitoring systems. Includes free software that can be downloaded from http://www.samco.org/ and provides the raw data of benchmark projects and the key results achieved. This book provides a comprehensive guide to all aspects of the structural health monitoring of bridges for engineers involved in all stages from concept design to maintenance. It will also appeal to researchers and academics within the civil engineering and structural health monitoring communities.

现代土木工程中的无损检测技术与结构健康监测本书全面深入地探讨了土木工程结构，尤其是桥梁和高层建筑，在服役期间的无损检测（NDT）技术、结构健康监测（SHM）系统的原理、应用与未来发展方向。我们的关注点在于如何通过先进的传感、数据采集、信号处理和评估方法，精确掌握工程结构的实际状态、评估其安全裕度，并制定科学的维护策略，以确保基础设施的可持续性和可靠性。第一部分：土木工程结构劣化机理与监测需求本部分首先确立了现代基础设施面临的严峻挑战。全球范围内服役的大量桥梁、隧道、大坝和既有建筑，大多经历了数十年的风化、交通荷载累积以及环境侵蚀。结构老化与损伤类型：详细分析了混凝土碳化、钢筋锈蚀、材料疲劳、混凝土开裂、基础沉降等主要劣化机制。对比了不同材料（钢结构、钢筋混凝土、预应力混凝土）在特定环境（如海洋气候、冻融循环、地震多发区）下的敏感性。荷载效应分析：深入探讨了静载（自重、恒载）和动载（交通流、风载、地震波）对结构响应的影响。特别是对重型车辆超载、极端天气事件下结构动态特性的突变进行了案例分析。传统检测方法的局限性：对钻芯取样、敲击回弹、化学分析等接触式、破坏性或局部的传统检测方法进行了批判性评估，指出现有方法在时效性、空间覆盖率和对结构完整性保护方面的不足，从而引出引入先进无损检测技术的必要性。第二部分：先进无损检测（NDT）技术基础与应用本部分聚焦于当前土木工程领域中主流且新兴的无损评估技术，强调这些技术如何提供关于内部缺陷和材料性能的定量信息。声学与振动方法：超声波检测（UT）：阐述了不同频率超声波在混凝土和钢材中的传播特性、波形选择（纵波、横波、兰姆波）及其在检测内部空洞、分层和疲劳裂纹中的应用。详细讨论了时差法（TOF）和频谱分析法在评估混凝土强度和钢材内部缺陷中的应用细节。冲击回波法（IR）与共振频率法：解释了如何利用结构对冲击激励的响应来确定缺陷的位置和大小，特别是在评估大面积板结构或桥面板的完整性方面。电磁与电化学方法：电磁波检测（GPR）：详细介绍了探地雷达（Ground Penetrating Radar）的工作原理，包括不同频率天线的选择、地层反射的解释，及其在定位钢筋位置、检测钢筋锈蚀程度以及评估路面和桥梁铺装层厚度方面的精确应用。电化学噪声与极化电阻法：侧重于评估钢筋锈蚀的活性和速率。解释了如何通过监测微弱的电位波动和电化学阻抗谱（EIS）来预测钢筋的腐蚀损伤，为制定保护性涂层或阴极保护方案提供依据。热成像技术：阐述了主动式和被动式红外热像技术在检测结构表面脱层、空鼓和渗透性水损害方面的优势。讨论了如何通过控制加热速率或利用环境温差来激发结构热响应，从而可视化隐藏的缺陷。第三部分：结构健康监测（SHM）系统构建与数据管理本部分将目光从单点检测转向全生命周期的连续监测，重点介绍结构健康监测系统的架构、传感器技术和数据处理流程。传感器技术深度解析：应变与位移测量：详细对比了电阻应变片、光纤布拉格光栅（FBG）传感器、基于LVDT/DOT的位移计在长期监测中的性能差异、安装要求及抗干扰能力。重点讨论FBG传感器在分布式应变测量中的独特优势。加速度计与振动特性提取：介绍了MEMS加速度计和压电式加速度计的选型标准，以及如何利用快速傅里叶变换（FFT）和模态分析技术（如频域分解法 FDD）从加速度响应数据中提取结构的固有频率、阻尼比和振型，作为结构刚度变化的敏感指标。无线传感网络（WSN）与数据传输：探讨了将有线监测系统升级为低功耗、自组织的无线传感网络所面临的挑战，包括传感器节点能源管理、数据同步、多跳通信协议（如LoRaWAN、ZigBee）在恶劣环境下的可靠性保障。数据处理、状态评估与预警：基线数据与异常检测：强调建立结构“健康”基线数据的关键性。介绍基于统计过程控制（SPC）和机器学习（如支持向量机 SVM、深度学习网络）的异常点识别方法，用以区分环境噪声和结构退化引起的响应变化。损伤定位与量化：探讨了基于模态参数变化（如模态应变能法）和波传播时移（Time-of-Flight）的损伤识别算法，力求实现从“发现异常”到“定位损伤”的跨越。第四部分：先进分析方法与未来展望本书的最后一部分着眼于利用大数据和人工智能来提升监测系统的智能化水平和预测能力。基于概率的风险评估（PRA）：介绍如何将监测数据与荷载模型、材料寿命模型相结合，建立基于性能的风险评估框架，计算结构在未来特定时间窗内失效的概率。数字孪生（Digital Twin）在结构监测中的应用：详细阐述如何将实时监测数据反馈给高保真度的有限元模型，实现结构状态的动态校准和仿真，从而能够准确预测结构在未来不同荷载情景下的剩余使用寿命（RUL）。新兴技术探索：讨论了基于无人机（UAV）搭载高分辨率相机和激光雷达（LiDAR）进行快速三维建模和表面损伤普查的技术集成，以及利用嵌入式自供能（Self-Powered）传感器等前沿概念的潜在应用。全书特色：本书内容严谨，理论结合工程实际，力求为结构工程师、检测技术人员以及研究人员提供一套系统、前沿且可操作的结构健康评估和管理工具箱。每一章节均辅以实际工程案例分析，以验证所提方法的有效性和局限性。