日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(3)

土木建筑与其他工业产品有一个很重要的区别。土木建筑的每一个建筑结构都是独一无二的。它们是根据当地不同的地理和地质条件设计的，是利用不同的建筑材料和采用不同的施工技术建造而成的。没有一个土木建筑是完全相同的。它们与大量生产的商品有很大不同。土木建筑的另一个重要特征是，土木建筑是被作为社会资产而建造的，并被预计会长期发挥作用，所以土木建筑的寿命通常很长，有些甚至可以长达数百年。因此，确保所建的基础结构满足设计要求和设计假设是十分必要的。为了确保建筑结构的高耐用性和长效使用寿命，检查建筑结构的实际状况也很重要。从另一个角度看，大跨度桥梁和高层建筑的设计和施工的进展与复杂的模型、分析和先进的技术分不开。所以，对与这些新模型、分析和技术相关的不确定性条件进行量化和监测是十分必要的，以确保其应用的准确性和有效性。
为此，研究人员对大型重要建筑结构进行了长期或短期的结构监测，并获得了非常有价值的信息。
建筑结构监测通常涵盖许多方面和涉及多种方法。在文中，我们强调了振动技术在桥梁、建筑物和道路路面等建筑结构监测中的应用。振动是建筑结构监测的方法之一，因为振动响应能反映建筑结构的整体和局部性能。基于振动技术的监测系统是抗震和抗风建筑结构研究的一项重要工作。在地震监测方面，日本气象厅（Japan Meteorological Agency，JMA）主要利用位移型地震仪进行地震运动观测。然而，在抗震建筑结构的研究中，因为加速度在建筑结构的运动方程中是作为结构的直接输入运动，所以加速度记录比位移记录更方便。此外，传统的地震仪可以记录大地震时饱和振幅振动。
1948年，一场破坏性极大的内陆地震——福井地震（Fukui Earthquake）（所涉及的地震的详细信息请参见表2）发生后，日本开始着手开发强震仪。1953年，日本强震动加速度仪委员会（Strong-Motion Accelerometer Committee，SMAC）开发了SMAC加速度仪（以该委员会的名字命名）。SMAC加速度仪是一个模拟装置，可以记录高达1 g（g=9.8 m·s–2 ）的三轴加速度。1956年，日本在建筑物中总共安装了25个SMAC加速度仪，这标志着日本开始了建筑结构的地震响应监测。到1975年，日本已经安装了约1000个SMAC加速度仪。这些装置从1964年的新潟地震（Niigata Earthquake）、1968年的十胜冲地震（Tokachi-oki Earthquake）和1978年的宫城地震（Miyagi-oki Earthquake）等事件中获取了有价值的地震测量数据。