各类传感器在建筑结构健康监测中的应用

      上海浦东足球场，是一座在建的大型体育综合性建筑。2018年，该足球场建设项目正式开工，预计于2021年竣工，届时将作为上海上港足球俱乐部的新主场，并承办国内外重要赛事。

      据了解，浦东足球场创新性的屋盖结构设计，跨度大、受力和施工复杂。对此，在足球场施工和运维期间，采用传感器等健康监测手段，对其结构状态进行监测，具有十分重要的意义。

      目前，结构健康监测已在航空航天、土木工程、机械工程等领域得到了广泛应用。其中，房屋或大型建筑健康监测系统，通常会采用种类和数目众多的传感器，用来监测建筑结构的实时状态。

      通常，健康监测系统由传感器系统、数据存储与传输系统、数据处理与分析系统、数据发布及预警系统组成吗，可实时感知、识别、诊断、评估结构的损伤与安全状态，提供结构的当前及历史状态信息，并对结构安全隐患进行及时预警，有效降低建筑结构损坏风险。 　　

      传感器系统包括所有感知荷载、环境信息、结构反应和材料特性的传感器元件，是结构健康监测系统最前端部分。在浦东足球场传感器监测系统中，针对钢结构不同位置的变形、应变、温度、振动等监测需求，安装了不同类型的传感器。 　　

      例如，在变形、应变监测中，通过安装高精度的倾角传感器，可对摇摆柱的倾斜进行监测。同时，采用三维激光扫描仪、全站仪等相结合的方式，对主要部位节点的进行位置变形监测；采用振弦式和光纤光栅式应变传感器，对重要钢结构构件进行应变监测。

      在对钢屋盖结构进行温度和振动监测时，采用了温度传感器和加速度传感器。其中，温度传感器负责对钢屋盖温度场进行监测，用于修正应变监测值；采用振动式加速度传感器，对钢屋盖典型部位的振动进行监测，可了解钢屋盖的振型模态等动力特性，以及台风作用下的动力响应。 　　

      此外，传感器系统还安装有应变计和磁通量传感器，对径向索和环向索进行索力监测；安装了风速仪和风向仪，也就是风向风速传感器，来对钢屋盖的风场特性进行风速风向的监测。

      目前，在选择和布设此类结构健康监测系统传感器时，应注意根据项目具体要求和实际条件，本着监测完整、性能稳定兼顾性价比最优的原则，选择适宜的传感器类型和数量。比如，在监测期间，传感器应具备良好的稳定性和抗干扰能力，采集信号的信噪比应满足实际工程需求。