日本桥梁和建筑结构监测的研究与实施综述丨Engineering(35)

是绝对加速度；R2是已确定的值与响应加速度之间的相关系数。随着最大加速度振幅的增加，相应的阻尼比将增大，而等效自振频率将减小。但是，阻尼比的变化幅度比自振频率的大。阻尼比在初始增加后，振幅开始降低，这是基于先前针对几座高层建筑的识别结果所指出的。自振频率与最大加速度的对数高度相关。在第一模态中，自振频率与模态加速度的相关性高于其与直接测量的加速度的相关性。

图28 第一模态（a）、第二模态（b）和第三模态（c）在EW方向上的模态特性的加速度依赖性
在东日本（东北地区）大地震发生前后，研究人员对日本仙台市的一座15层建筑物、日本东京的一座20层和一座21层建筑物以及日本横滨市的一座23层建筑物进行多次测量，发现了自振频率相似的振幅依赖性。假设在一定的位移范围内存在线性关系，这些高层建筑即使在位移很小的情况下也会显示出非线性响应，这在一般的结构设计中是不会被考虑的。
四、结论
本文从作者的角度对日本桥梁和建筑结构监测的发展进行了回顾。从历史的角度来看，日本的结构监测更加重视针对极端事件的结构性评估，鉴于日本普遍存在的恶劣环境条件（如频繁的地震活动和强风），所以这是一个比较合理的选择。在结构监测系统开发的初期，监测数据主要被用于验证设计假设、更新技术参数并促进被动、半主动和主动系统中的振动控制作用。后来，监测系统被用来评估各种环境和载荷条件下的结构性能，并被用于检测结构寿命周期内可能出现的结构劣化。监测系统也可被当作是一种依据，研究人员据此去调查事故原因，并就所需的维修和（或）翻新做出决定。近期有关监测的兴趣主要集中在通过监测数据使风险和资产管理合理化，从而进一步将监测应用扩展到操作和维护领域。
本文介绍了结构监测的典型实例，包括利用分布式传感器阵列对桥梁和建筑物进行结构监测，以及利用车辆对桥梁路面和混凝土路面进行监测。在整个结构的寿命周期内，监测系统已从运动型监测系统转变为连续型和永久型监测系统，其中连续的监测数据可提供各种载荷和环境条件下（包括意外的极端事件）结构的行为信息。事实证明，这样的系统对于深入了解实际的结构行为、揭示设计中未考虑到的未知因素，以及为极端事件后必要的翻新提供结构信息是非常有用的。环境条件的监测对于评估结构的耐久性变得越来越重要。