一、方案介绍

建筑结构在长期荷载、温度变化、地基沉降、施工扰动及地震作用下，会产生内部应力重分布。应变是结构受力状态最直接、最本质的反映参数，相较于裂缝和位移监测，应变监测更具前瞻性，可在结构进入危险阶段之前识别异常受力状态。

本方案采用工业级结构应变传感器（电阻式或振弦式），对梁、柱、剪力墙、钢结构构件等关键受力部位进行实时在线监测。系统通过RS485总线接入4G主动上报采集主机，实现连续数据采集、远程传输、趋势分析与分级预警，构建建筑结构健康长期监测体系。

二、监测目标

三、需求分析

1. 典型风险来源

2. 技术难点

四、监测方法

1. 表面粘贴式应变监测

在混凝土或钢结构表面粘贴电阻应变计，用于监测表面应变变化。

2. 埋入式应变监测

在混凝土浇筑阶段预埋振弦式应变传感器，监测内部应变。

3. 钢结构焊接式应变监测

在钢结构关键节点焊接振弦式或高精度应变计。

4. 温度补偿联动监测

配套温度传感器消除温度引起的应变误差。

五、应用原理

电阻式应变计原理

当构件发生微小变形时，应变计电阻值发生变化。通过电桥采集系统转换为应变信号输出。

振弦式应变传感器原理

构件受力变化导致内部钢弦张力变化，引起振动频率变化。通过频率测量换算为应变值。

数据经RS485接口传输至4G采集主机，主动上传至云平台进行实时处理与分析。

六、功能特点

七、硬件清单

八、硬件参数

电阻式应变计

量程：±3000με
分辨率：1με
精度：±0.5% FS
输出方式：经采集模块转RS485
工作温度：-20℃～80℃

振弦式应变传感器

量程：±1500με / ±3000με
分辨率：0.1με
精度：±0.1% FS
输出方式：RS485
长期稳定性：≤1%/年
防护等级：IP68

温度传感器

测量范围：-40℃～85℃
精度：±0.3℃
输出方式：RS485

4G主动上报采集主机

通信方式：4G Cat-1
采集接口：RS485
接入能力：32路
供电方式：DC12V
防护等级：IP65
上传模式：定时主动上报

九、方案实现

十、数据分析

平台可实现：

可识别：

十一、预警决策机制

一级预警：应变速率异常
二级预警：应变接近设计控制值
三级预警：超过安全阈值

报警方式：

十二、方案优点

提前识别结构异常受力
实现微小应变连续监测
支持长期无人值守运行
减少人工巡检成本
为加固设计提供依据
提升建筑安全管理水平

十三、应用领域

老旧建筑结构监测
基坑周边建筑
桥梁结构
高层建筑
工业厂房
地铁沿线建筑
历史保护建筑

十四、效益分析

提前发现结构风险
避免结构破坏事故
优化结构加固方案
降低维护成本
实现数字化安全管理

十五、国标规范

GB 50068 建筑结构可靠度设计统一标准
GB 50010 混凝土结构设计规范
GB 50011 建筑抗震设计规范
JGJ 8 建筑变形测量规范
GB 50497 建筑基坑工程监测技术规范

十六、参考文献

《结构健康监测技术》
《建筑结构应变监测方法研究》
《振弦式传感器工程应用技术指南》

十七、案例分享

某老旧工业厂房因长期超载运行存在结构风险：

部署应变监测点16处
实时监测6个月
发现梁端应变持续增长
提前进行结构加固