大型空间结构施工损伤监测与预警机制研究

我国正处于大型空间结构建设的高潮期，由于结构施工损伤造成的大量施工事故给国家的生产建设与人民的生命安全带来了严重的伤害，即使不发生事故的也为结构日后的正常运营埋下了安全隐患。而目前的大型空间结构施工监测技术还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。本项目将通过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段实现大型空间结构施工过程中的损伤分析、监控及预警，揭示此类结构施工损伤的位置、程度、演化机理及共性规律；开发以无线传感网络为硬件基础的专业施工监控技术；形成科学的预警机制，并开发专业的软件操作系统；在经过实验室验证后，应用于大量实际工程建设中，为发展大型空间结构施工安全监控技术和防止国家重大工程建设事故作出贡献。

当前我国的大型空间结构施工监测技术还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。而由于结构施工损伤造成的大量施工事故给国家的生产建设与人民的生命安全带来了严重的伤害。本项目主要通过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段实现大型空间结构施工过程中的损伤分析、监控及预警。具体研究内容包括:（1）建立大型钢结构工程施工状态评估理论体系。针对不同的钢结构形式与不同的施工方法，归纳其力学分析方法上的共性规律以及具体区别，建立施工结构模型并进行施工多阶段力学分析，然后基于静动力参数的结构状态识别、模型重构及损伤演化分析，建立基于多参数、多层次的综合安全评估理论。（2）研究基于荷载与自身敏感性的传感器优化布置技术。结合空间网格结构自身的特点，从敏感性分析角度出发，对结构进行分析，提出了荷载敏感性的概念和评价公式，随后提出了基于自身敏感性常用的两种方法：蒙特卡罗法和正交试验法，并分析了两种方法各自的优缺点及适用性。（3）研究新型无线传感标准化与模块化设计技术。在现有小体积、低功耗空间分布式无线传感设备基础上，进一步进行硬件性能测试与完善，主要侧重于硬件标准化与模块化改进，将基本模块固定化的同时增强拓展模块的灵活性与拓展性，同时进一步改进产品能耗与休眠机制，大大增强了设备的稳定性以及持续工作的能力。（4）研究基于调频广播整点校时的传感器采集时间同步性技术。提出了一种基于调频广播整点校时的传感器采集时间同步性机制，并设计了整点校时电路，由基本时间同步模块、低功耗信号处理模块和校时同步模块组成，基本可实现传感器采集时间的微秒级同步性能。（5）研究智能组网与远程监控技术。主要研究适用于大面域、大范围布置特点的各类网络拓扑，可针对不同的结构体量和传感器节点分布情况选择不同的组网方式，并且组建的网络高效、稳定，基本实现了可自由拓展和收缩。（6）研究智能结构的设计计算理论与控制技术。主要研究了智能张弦梁结构的设计与控制理论，借用仿生思想，研究了集成无线传感器-执行器网络的智能结构及其形状控制技术。课题研究成果在经过实验室验证后，已经被成功的应用于如大型体育场馆，火车站，高层钢结构，钢结构连廊等各种类型的7项大型钢结构工程中，为发展大型空间结构施工安全监控技术和防止国家重大工程建设事故作出贡献。