目前我国土木工程事故频繁发生，如桥梁的突然折断、房屋骤然倒塌等，地震、洪水、暴风等自然灾害也对建筑物和结构造成不同程度的损伤;在Northridge和1995年日本神户(Kobe)的大地震中，一些建筑物在遭受主震后并未立即倒塌，但结构却已受到严重损伤而未能及时发现，在后来的余震中倒塌了。还有一些人为的爆炸等破坏性行为，如美国世贸大褛倒塌对周围建筑物的影响，这些都造成了重大的人员伤亡和财产损失，而且已经引起人对于重大工程安全性的关心和重视、对结构性能进行监测和诊断，及时地发现结构的抗伤，对可能出现的灾害进行预测，评gu其安全性已经成为未来工程的必然要求，也是木工程学科发展的一个重要领域。
健康监测系统及其组成：一般认为健康监测系统应包括下列几部分：
传感器系统，包括感知元件的选择和传感器网络在结构中的布置方案。
数据采集和分析系统，一般由强大的计算机系统组成。
监控中心，能够及时预测结构的异常行为。
实现诊断功能的各种软硬件，包括结构中损伤位置、程度类型识的zui佳判据。
传愿器监测的实时信号通过信号采集装置送到监控中心，进行处理和判断，从而对结构的健康状态行ping估，若出现异常，由监控中心发出预警信号，并由故障诊断模块分析查明异常原因，以便系统安全可地运行
徐州桥梁结构健康监测项目案例
结构健康监测-施工过程标高监测
水平截面的倾斜度将直接影响结构的后续施工，应测量各控制截面监控点的标高以确保该截面的水平度。监控点的坐标测量也是本施工监控项目的重点。
1.1 监测控制网的建立
由于施工方已经建立了测量控制网，监控方在对测量控制网复核后，利用其外围控制网建立不同于施工方的内部网，以便将关键点的测量与施工方的结果进行比较。
在施工监控开始前，首先对施工方建立的施工平面控制网和高程控制网进行复测，高程和平面观测采用《建筑变形测量规程》中的二级变形测量精度指标，即：标高观测中观测点测站高差中误差不大于0.5mm;位移观测中观测点坐标中误差不大于3.0mm。高程基准网按《城市测量规范》中二等水准测量要求进行，采用精密水准仪，视线长度不大于50m，前后视距差不大于1.0m，任一测站前后视距累积差不大于3.0m。监控方在对测量控制网复核后，利用其外围控制网建立不同于施工方的监测控制网。以下各标高、坐标监测项目均是基于复测后的控制点进行。
1.2 监测时间和监测频率
水平度的测量须结合标高测量，并且在日出之前进行，以消除结构由于日照作用导致的不均匀温度分布所带来的影响。
由于核心筒与巨柱施工不同步，因此同一设计标高处的核心筒与巨柱施工是一前一后的，这就有可能导致标高不匹配的问题，从而使得连接核心筒和巨柱的伸臂桁架产生较大的内力，这对于结构是非常不利的，所以在进行标高监测时应确保同一区域内的巨柱和核心筒上的测点要同期实时观测，并及时记录对比。若出现标高不匹配的情况，可采取合适措施严格控制伸臂桁架的合拢时间，确保施工安全进行。
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传统的结构设计理论是针对已建成的完整结构，一次性的施加运营阶段的各种可能的荷载，在此基础上完成结构或构件的验算。多数情况下，这种方法未考虑施工过程中结构的安全性以及施工过程中结构变形及内力的发展演变历程。因此，依据XXXX中心主塔楼结构的具体施工方案进行施工过程的模拟分析就显得非常必要。
1) 确保施工过程结构的安全可控，为制定合理的结构施工方案提供理论佐证。
施工过程中结构的形体构成、边界条件、外部荷载等均在不断的发生变化，与传统结构设计所描述的结构状态不完全一致，甚至差异显著。因此，施工过程的模拟分析成为对传统结构设计的补充，根据模拟分析结果可以评价施工方案，保证施工过程的安全、可控，实现竣工结构满足设计要求的目的。
2) 与监测结果相互印证、评gu施工过程中的结构性状。
监测关注的是当前结构的实际现状。结构施工过程的模拟分析可以预测结构施工过程中的受力状态和几何形态，该理论分析结果作为标准指明了结构应有的状态，与监测结果进行对比、印证，就可以更全面、准确的ping估结构的当前性状。当结构的实际状态与应有状态出现偏差时，经过偏差分析可以确定预期应调整的方向。
3) 预测结构的响应规律，采取工程措施保证竣工结构满足设计要求。
塔楼结构在施工过程中会受到各种因素(如温度、风荷载、施工荷载以及混凝土收缩徐变等)的影响，特别是当塔楼建造到一定高度时，这种影响累积的结构位移会给结构初始安装姿态的确定带来困难，即构件的放样、制作将非常复杂。此外，不同区域结构变形的差异会使相关结构产生安装内力，这种安装内力也会为未来运营期的结构带来安全隐患。通过施工过程的模拟分析，预测结构的位形及内力响应规律，在此基础上，采取工程措施使竣工结构的几何形态和内力状况zui大限度地逼近设计要求。
结构健康监测--施工过程位移监测(GPS部分)：
位移监测的目的在于掌握塔楼结构的几何变化，研究塔楼的水平位移与环境变化(如温度和风)的关系。结构水平位移特别是顶部的水平位移对结构的稳定性起着至关重要的作用，影响结构的安全。所以施工过程中水平位移监测是一个重要环节，应确保结构的水平位移在规范要求的范围内。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)》，高度大于250米的高层混合筒体建筑，按弹性方法计算的楼层层间zui大位移与层高之比不宜大于1/500。
对加速度信号积分，可以得到结构的动位移。至于如何得到结构的jue对位移(包括静位移、动位移和不均匀沉降)，采用普通的监测手段将遇到选择参照物的困难。当前发展起来的全球定位系统(GPS)可以很好地解决该问题。
GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向和时间信息。GPS技术具有精度高、速度快、全天候、连续、同步、全自动，且能同时获得3维坐标等优点。在本项目中，将采用全球定位系统来测量结构在风作用下的位移。
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结构健康监测--结构及构件状态监测
1.1 标高监测。
在施工阶段，应采用适当的补偿技术修正建筑的初始楼面标高，使得最终的楼面标高与设计标高相一致，楼面标高补偿技术采用预测的方式进行。一方面，通过考虑材料时变效应的分析技术预测包括收缩徐变和基础沉降的长期变形量，以及结构竖向恒载引起的变形量，并在施工阶段楼面标高预留80%的长期变形量作为标高补偿;另一方面，通过对楼层施工时的楼面标高的监测，可以获得当前楼面标高的实际值。
1.2 垂直度监测。
为准确了解和控制塔楼的垂直度，应对施工各阶段塔楼的倾斜度进行监测;且在布设垂直度监测网络时，应保证基准点的稳定性，并选择代表性的塔楼倾斜度监测点。
1.3 沉降监测。
为准确了解和控制塔楼的沉降，各阶段应对塔楼的沉降进行监测。
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结构健康监测- 结构模态分析：
结构动力特性不仅与结构当前的工作状态有着密切的直接联系，而且也是进行结构模型修正的重要参考因素。结构自振频率、振型和阻尼比可以针对动力响应实测数据(加速度、速度以及位移传感器实测得到的振动信号)进行频谱分析获得。由于传感器测试的数据往往包含了周边环境噪声的成分，同时结构属于频率密集型结构，在此背景下，直接针对动力响应实测数据进行频谱分析，确保由此方法获得的结构模态特征参数的准确性就显得比较困难。
为此，除了采用FFT变换和功率谱法分析结构的频谱特性之外，还采用小波变换和Hilbert-Huang变换来分析结构的时频特征，小波变换和Hilbert-Huang变换可以从结构的振动信号中分离出较密集的结构自振频率。此外，由于噪声的影响，使每一次测试得到的结构频率和振型均存在一定的差别，为此，我们采用统计分析的方法确定结构的频率和振型的概率分布。
另外，由于安装过程在结构内部引起的自平衡的初始安装应力，温度变化在超静定结构内部引起的温度应力等都会导致结构动力特性的变化。考虑初始安装应力的实际影响，通过施工过程的跟踪监测可以获知竣工结构内部的安装应力分布特征及规律，在此基础上基于动力响应实测数据的结构模态分析结果很可能与结构理论计算得到的结果不一致，由此进行的有限元模型修正可以保证计算模型能更真实的反映结构的实际工作状态。考虑温度变化的实际影响，在不同温度场下测试分析获得结构的自振频率，找到温度对结构频率影响的规律，从而在对有限元模型进行修正时，剔除温度的影响。
高层建筑自振频率低，即自振周期长，通过利用高灵敏度的传感器、放大器及记录设备，借助于随机信号数据处理的技术，量测环境激励(风荷载)结构物的响应，并分析确定结构物的动力特性。
对XX中心这样的超高层建筑结构，其在动力荷载作用下的振动加速度峰值分布呈现上大下小的趋势，考虑舒适性监测要求，加速度测点将布置在结构的中上部。以结构参数识别为目的的加速度传感器布置原则为：依据对结构特性影响zui大的振型布设，尽量布设在振型峰值点，避开节点，基于传感器zui优布设理论选择测点。
因为超高层建筑结构的第yi振型的极值点正是结构的顶部，因此，以结构舒适度为目的的布点原则和以结构参数识别为目的的布点原则可以统一到以结构参数识别为目的的布点原则。基于传感器zui优布设理论，为了反应主塔楼在施工阶段与运营阶段不同状态下结构的X向平动、Y向平动、扭转的周期、振型及阻尼比，主塔楼上的加速度传感器布置在10个加强层上，每层布置4个测点。
为了使每个楼层位置测量得到的结构振动加速度能够真正代表楼层的振动，将传感器的测点选择在结构楼层平面的中心点。在该位置点，沿结构两个正交方向的振动主轴布置两个QZ2013 型力平衡加速度计，总体的加速度传感器数量为40个。