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大跨空间结构体系是目前建筑市场发展最快的结构类型之一,广泛应用于体育场馆、机场航站楼、会议展览中心等大型活动性场所的建造中,其发展状况往往可以反映一个国家建筑科技水平的高低。由于大跨空间结构具有空间体系复杂、节点规模大、设计使用期限长的特点,若在服役期间发生破坏甚至倒塌,会极大的威胁人民的生命和财产安全。因此如何确保大跨空间结构的服役安全成为结构健康监测领域的重要研究内容。本文从大跨空间结构的工程实际监测需求出发,针对大规模测点优化布置的基本问题进行研究。本文主要研究工作如下:(1)结合实际工程结构的监测需求,对常用的传感器优化布置评价准则的动力学原理进行了介绍,分析了常用评价准则的实际工程意义并进行归类。结合实际工程结构多维方向的振动测试需求,总结了常用的准则扩维方法,并以奇异值比准则为例,对一维奇异值比准则进行了三维拓展,使其适用于三维传感器优化布置的方案评价。(2)针对大型土木工程结构候选测点多的特点,建立用于大规模测点优化的高性能求解算法。引入萤火虫算法,改进编码方式使其适用于离散型传感器优化布置问题;引入等级划分机制和免疫机制,有效维持了种群多样性,避免算法早熟,极大增强了算法的全局搜索能力;通过某足尺Benchmark模型为算例布设传感器系统,验证了算法具有高效的寻优性和收敛性,适用于解决大规模测点的优化布置问题。(3)为了满足对实际工程结构的传感器进行一键优化布设、可视化布设、多准则对比布设等要求,集成常用准则及本文提出的高性能求解算法,开发了用于传感器优化布置的MATLAB工具箱。通过建立MATLAB与ANSYS、MIDAS、ABAQUS三种有限元软件的接口实现数据信息交互完成MATLAB模型重建,通过设计GUI界面支持用户自行建立工况、设置测点数目、选择候选测点及评价准则等,最终可视化输出传感器布置方案并导出传感器优化布置报告。(4)针对实际大跨空间结构,利用ANSYS建立有限元模型并进行模态分析,提取结构的前十阶模态振型及质量、刚度、频率等模态信息,基于大跨空间结构传感器优化布置工具箱选择合适的评价准则分别进行了一维和三维传感器的优化布设,结合各类评价准则的现实工程意义,对比分析了不同评价准则所得到的传感器布置方案的特点,同时验证了工具箱能够很好地解决大跨空间结构的传感器优化布置问题。