随着高层及超高层建筑的日益增多，对结构在突发荷载(地震、风、爆炸 等)后的健康状况作出评估已经成为一个迫切需要解决的问题。本文首先从结 构健康监测的概念出发，简述了当前此领域的研究状况和发展趋势，介绍了本 文的课题背景以及论文的主要研究内容。 损伤信息处理对于在线监测有极为重要的意义。传统的傅立叶变换只能确 定一个函数奇异性的整体性质，而难以确定奇异点在空间的位置及分布情况。 小波变换具有空间局部化性质，因此，利用小波变换来分析信号的奇异性及奇 异性位置和奇异度的大小是比较有效的。在结构发生损伤时，结构的刚度发生 了变化，因此结构动力响应的在线监测信号相应的发生了间断点，由于小波分 析具有刻划信号局部特征的“数学显微镜”作用，可以用其分析识别正常信号 中夹带含有损伤信息的瞬时反常现象，对结构损伤在线监测定位非常有效。结 构刚度的变化可以通过对结构响应进行小波分解来检测：分解所得的高频信号 可以看出结构是否出现损伤，高频信号在时间轴的位置可以准确确定损伤发生 的时刻。基于小波分解的信号检测方法，既适合于在线监测，也适于离线监测。 频率是一个结构体系振动特征参数中最容易测量也最常用的量值，其测量 精度较高。特别是层间剪切结构，可以测到全部的频率数值。本文基于地震前 后结构动力特性变化的调查，针对层间剪切结构的特点，首次提出一种结构频 率灵敏度分析的损伤参数识别新方法—频率变化率法。此法基于结构频率的测 试，对于结构中常用的层间剪切结构模型有很好的损伤判别效果。不但可以判 别损伤位置，而且可以计算出损伤程度。 应用灵敏度分析的损伤参数识别方法，通过数值模拟算例，研究了不同损 伤程度下，单损伤以及多损伤的识别效果，探讨了不完整频率测量以及不同测 量噪声水平对识别结果的影响。对框架结构的损伤检测进行了较全面的振动测 试的实验研究。制作多个框架结构模型，分别进行结构单损伤和多损伤的研究。 试验分为多种工况，研究了不同位置、不同程度的损伤对结构动力特性的影响。 试验研究的计算结果表明，剪切结构可以通过频率的测试，应用频率变化率法 来确定损伤位置和程度。 针对结构健康监测和损伤检测的模态测试的需要，本文首次提出了传感器 优化布置的两种新算法。首先基于线性模型估计理论，将目标模态作为线性模 型的设计矩阵，对其进行奇异值分解，提出了奇异值分解的传感器布点新算法。 根据奇异值分解所得的左奇异向量，计算每个侯选传感器对模态的贡献，每次 删除贡献量最小的传感器，迭代直至需要保留的传感器个数。另外，针对建筑 结构整体质量和刚度分布的特点，本文提出了一种基于减缩模型和奇异值分解 的混合方法：按照对原结构模型选取的主从自由度，应用改进减缩系统(IRS) 对原结构进行减缩处理，将从自由度的信息反映至主自由度中，然后对减缩后 的模型通过奇异值分解方法进行传感器优化布置的计算。后者更适用于大型的 土木工程结构。 最后对全文的主要工作和研究结果进行总结，并指出了课题中有待进一步 研究的问题。 关键词： 建筑结构，健康监测，损伤检测，小波分析，奇异信号检测，参数识别， 灵敏度分析，振动试验，传感器优化布置，奇异值分解，模型减缩，混合算法