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结构健康监测是确定、跟踪结构完整性和评估结构损伤性质的研究,对结构初始状态进行系统识别分析并长期监测,可以更好的评估结构健康状态。结构的监测系统应建立在自动化数据采集的基础上,通过监测环境荷载作用、结构整体变形等来把握结构工作状态,并通过监测结构在超常荷载前后的响应来推断结构特性的变化,进而探测和评价结构的损伤。长期的结构健康监测可以发现结构随服役时间增长而产生的退化等。本文以在中国地震频发区云南省昆明市搭建的同德广场悦中心结构健康监测平台为基础,利用其环境振动测试数据,将结构简化为均质的单层铁木辛柯梁模型,计算得到结构的动力特性和波的传播特性,并对此结构进行有限元建模分析,得到结构的动力特性、地震响应等,再将结构简化为单层和多层的铁木辛柯梁模型进行系统识别分析,主要研究内容和结论详细论述如下。结构健康监测系统主要分为监测系统、数据采集和传输系统、数据处理系统和结构健康评估系统这四个子系统,其中监测系统主要用来记录加速度、速度和位移等数据,数据采集和传输系统主要用来汇总和存储数据,这两个子系统负责前期数据信号的采集;数据处理系统和结构健康评估系统主要是后期分析阶段,进行结构健康状态的评估;监测系统以及数据采集和传输系统是基础,只有完善的监测平台才能获得丰富的监测数据;通过了解国内外现有的健康监测项目,可知国内监测项目多位于非地震频发区,缺乏丰富的地震监测数据,因此我们选择在国内地震频发区并安装多个强震监测仪,旨在搭建新的结构健康监测平台,进行结构健康监测、结构系统识别分析以及地震损伤监测等研究。平台选址需从以下两方面进行考虑:（a）新建的现代化结构,有助于从结构最初始的状态进行跟踪监测;（b）结构需位于地震频发区,便于在较短时间内获得地震监测数据,有助于开展后续研究;因此选择位于云南省昆明市的同德广场悦中心为监测对象,此监测对象是一栋新建的现代化超高层建筑,便于得到结构最初始的特性,同时昆明市境内分布的50个强震监测站,可以提供丰富的地震监测数据;通过研究同德广场周边的地震概况可知,以同德广场为中心,其周边地震分布密度较大;通过对比强震监测站记录到的昆明市地区峰值地震加速度与通过地震动衰减模型得到同德广场处的峰值地震加速度,以及此处不同峰值地震加速度发生的超越概率,可知在较短年限内极有可能记录到有效的地震数据,便于开展后续的研究。监测平台的设备与网络系统中,EQR120加速度计为主要组成设备,用于记录结构内部和地下室的地震数据,与其他传感器例如ETNA2、GDQJ型相比,此传感器具有更高的性价比以及合适的灵敏度,满足监测需求;与此传感器配套的CUSP-WEA用于记录气候数据,CUSP-BOR用于记录桩底附近的加速度时程数据,CUSP-Me用于收集与汇总数据;所有设备在同一局域网内通过CUSP-Me的PTP时间同步系统进行时间同步,相较于GPS、NTP等时间同步方式,PTP时间同步系统更为精确,可达微妙至纳秒级别,有效保证数据的同步性。传感器布置概况和布置原则。传感器布置原则主要从后期数据分析需求进行考虑,例如平面内的扭转,竖向的转动以及土-结构相互作用等,故在结构避难层、顶层、地下室以及桩基础附近布置传感器;此监测系统由以下各部分组成:（a）地面以上10层中,共25个EQR120加速度计;（b）地下室两层中,共14个EQR120加速度计;（c）室外两组针孔加速度计,共4个加速度计;在上部结构、地下室和桩基础附近安装如此高密度的加速度计,此监测系统将成为首个位于地震频发区且长期投入使用的健康监测平台,可用于土-地基-地下室-结构的系统识别分析,同时也可以验证许多关于土-结构相互作用的假设。为了得到结构完好状态下的动力特性,为今后的监测数据提供参考,分别于2018年和2019年进行了两次环境振动测试,使用云南省地震局提供的ETNA2强震监测仪,测点按照上述监测系统中的传感器安装位置进行布置;使用Matlab软件对记录到的数据进行分析,首先进行环境振动测试的傅里叶频谱分析,第一次环境振动测试下东西（EW）、南北（NS）和扭转方向的前三阶主频率之比分别为f1:f2:f3=1:2.94:5.24,1:4.22:8.65和1:3.31:6.44,三个方向的主频率之比介于纯剪切（1:3:5）和纯弯曲（1:6.27:17.5）的比值之间;第二次环境振动测试的频谱分析中,EW、NS和扭转方向的前三阶主频率之比分别为f1:f2:f3=1:2.97:5.30,1:4.08:8.64和1:3.28:6.28,三个方向的主频率之比接近第一次测试结果,也介于纯剪切和纯弯曲的比值之间,故将结构简化为铁木辛柯梁模型,同时考虑结构的弯曲和剪切两种变形。通过计算两点之间的传递函数,脉冲响应函数,以及结构的相速度和群速度等,进一步了解结构的自身特性;传递函数有助于更精确的了解结构主频率及其比值,进而得到结构整体变形情况;从传递函数拟合曲线可知,EW、NS和扭转方向的主频率之比分别为f1:f2:f3:f4=1:3.0:5.2:7.9,1:4.1:8.6:13.4和1:3.3:6.4:9.6,结果接近剪切梁模型的比值（1:3:5:7）,表明结构发生侧向变形时,主要以剪切变形为主,而不是弯曲,弯曲变形对于NS方向更为显著,同时将结构简化为铁木辛柯梁模型符合实际情况;脉冲响应函数一方面可以验证传递函数的拟合效果,另一方面也可以得到结构的脉冲响应时间和速度,从EW、NS方向的脉冲响应拟合曲线可知,两个方向的脉冲响应时间分别为0.565s和0.527s,脉冲响应速度分别为420m/s和451m/s;相速度和群速度有助于了解结构自身动力特性以及波在结构中的传播特性,首先由各方向主频率计算得到结构相速度,然后通过铁木辛柯梁模型计算EW、NS和扭转方向的相速度和群速度,结果表明EW、NS方向的相速度、群速度趋向于理论值,分别为392m/s和531m/s;EW方向的相速度和群速度在第一主频率之后趋于平缓,而NS方向的相速度和群速度在第四主频率之后趋于平缓,也从侧面反应弯曲变形在NS方向较为显著;通过上述环境振动测试得到结构动力特性,结构在EW,NS方向下具有不同特性,两个方向应分开分析。使用ETABS有限元软件进行有限元建模和分析,与环境振动测试的结果相对比并验证分层铁木辛柯梁模型在此结构上的适用性,便于将监测到的地震数据直接用于此方法;通过ETABS2015对同德广场进行有限元建模,得到结构的前六阶阵型以及主频率,通过将模型的主频率和上述环境振动测试的主频率相比可知,结构在EW、NS方向的频率误差在6%以内,结果较为接近;在时程分析中,采用龙头山基站记录到的云南省鲁甸地区发生的6.6级地震加速度时程数据,通过时程分析并按照上述监测系统的传感器布置位置,分别导出各节点的加速度时程数据,根据导出的各节点所在位置,将结构EW方向简化为单层和五层的铁木辛柯梁模型,进而计算结构的传递函数、脉冲响应函数以及相速度和群速度等;EW方向各分层铁木辛柯梁模型传递函数的前三阶主频率拟合较好,与环境振动测试下的传递函数主频率误差在3%以内;从EW方向各分层铁木辛柯梁模型的输出结果可知,EW方向单层铁木辛柯梁模型的拟合误差从62%降至39%,五层铁木辛柯梁模型的拟合误差从46%降至7%,表明EW方向五层铁木辛柯梁模型更好反应结构的真实特性,同时得到EW方向各分层模型的剪切波速、模量比值以及纵波波速等,五层铁木辛柯梁模型更为详细的反应结构特性;计算EW方向分层铁木辛柯梁模型的脉冲响应曲线,各分层模型拟合结果较好,也验证了上述拟合误差较小,并得到各层脉冲响应速度,EW方向单层模型脉冲响应速度接近环境振动测试结果420m/s;NS方向的分析方法与上述EW方向基本一致,传递函数曲线与脉冲响应曲线也拟合较好,进一步证明五层铁木辛柯梁模型能更好反应结构的真实特性,其中NS方向单层铁木辛柯梁模型的拟合误差从48%降至40%,五层铁木辛柯梁模型的拟合误差从56%降至10%,并得到NS方向各分层模型的剪切波速、模量比值以及纵波波速等;通过NS方向分层铁木辛柯梁模型的脉冲响应曲线,得到各层脉冲响应速度,NS方向单层模型脉冲响应速度接近环境振动测试结果451m/s。通过对以往地震数据和地震动衰减模型的分析可知,此监测系统有可能在较短时间内记录到有效的地震数据;此监测系统具有43个三轴加速度计（129个加速度计通道）和1个气象监测站,将成为首个位于地震频发区且长期投入使用的具有高密度加速度计的健康监测平台,可以对结构进行长期、实时、高精度的全面监测;通过环境振动测试可知,同德广场的侧向变形主要为剪切变形,弯曲变形在NS方向更为显著,同时将结构简化为铁木辛柯梁模型符合实际情况,且结构在EW、NS方向具有不同的动力特性,为今后的长期监测与评估提供参考;通过有限元模型分析同德广场的结构特性;通过动力时程分析和分层铁木辛柯梁模型的计算,结果表明分层铁木辛柯梁模型适用于此结构,可以更真实的反应结构特性,并为今后的地震数据提供分层铁木辛柯梁模型的研究方法,用于更为详细的结构系统识别分析。