建筑结构地震反应观测台阵是了解掌握工程结构在强地震作用下反应形状和破坏发展的直接手段,也是强震动观测工作的重要组成部分。从目前结构地震反应观测台阵布设实例和规范指导文件来看,结构地震反应观测台阵测点位置的选择和传感器数目的确定并没有确定的量化方法来指导,通常分析结构模态信息后得到振型形状,根据振型形状将测点布设在振型反应比较大的位置,由于没有具体的量化指标,布设结果受工程师主观理解和经验影响较大。本文研究传感器优化布设方法在结构台阵中的应用,做了如下工作:(1)介绍了常用的传感器优化布设方法并提出更加适用于建筑结构的MAC整体法。介绍有效独立法、逐步累积的模态置信度方法的基本原理和存在的问题,验证了不同初始自由度对逐步累积法优化结果的影响;提出基于整体测点考虑的MAC整体法,并在两种类型结构上得到验证;提出把选定位置形成的模态置信矩阵的非对角元均方根作为MAC方法优化指标的研究思路。(2)建立结构模型并利用传感器优化布设方法进行布设分析。利用有限元软件ETABS建立两种结构模型,提取结构的模态参数后,运用三种方法进行传感器优化布设分析,得出以下结论:传感器优化布设方法在结构台阵测点分析中的应用很有必要,能给出不同方案的量化指标,避免主观性和经验型。MAC法逐步累积法布设时,没有统筹考虑传感器配置的组合效应,初始自由度的选择会影响模态相似指标的减小和收敛,不同初始自由度的选择对整个优化顺序影响很大。MAC整体法比MAC逐步累积法有更好的优化效果,随着测点增加,MAC矩阵非对角元下降速度更快,保证布设方案做到全局最优。(3)采用两种方法来衡量传感器布设方案的优劣:a)测点位置的选择是否能较准确的识别结构模态参数;b)测点位置的选择是否能获得较大的结构响应,是否布设在结构易损伤的位置。得出以下结论:MAC整体法分析结果的结构地震反应下模态参数识别效果稍好于EI法;根据MAC整体法选择观测楼层更容易获得结构最大响应和破坏信息。由MAC方法模态相似指标的变化曲线以及模态参数识别的效果可知,少量的测点无法观测较多的振型,如果建设成本决定了测点数量,那么MAC整体法采用的目标振型的个数宜小于或等于测点数量。层剪切型结构体系应用EI法布设时,只适合于n个目标模态,找n个观测点,当观测点个数大于目标模态数,更多的测点聚集在已有测点附近,观测系统的投入产出比变低;当观测点个数小于目标模态数时,EI法计算流程无法实现。