结构物动态监测与静态监测的区别

结构物的动态监测和静态监测是评估结构健康状况的两种重要方式，它们在多个方面存在区别。
一、监测对象的特性
动态监测
主要关注结构物在动态荷载作用下的响应。动态荷载是随时间快速变化的力，如地震力、风荷载、机器振动、车辆行驶等产生的荷载。这些荷载会使结构产生振动、冲击等动态行为。例如，桥梁在车辆行驶过程中，车辆的重量和行驶速度会使桥梁产生动态的变形和振动；高层建筑在强风作用下会出现摆动现象。
监测的物理量通常包括结构的振动频率、振幅、振型、加速度以及动态应变等。这些物理量能够反映结构在动态环境下的力学性能和响应特性。
静态监测
侧重于结构物在静止状态或缓慢变化荷载作用下的特性。缓慢变化荷载如结构物自身的重量（恒载）、长期堆积的货物重量（准永久荷载）等。这种情况下，结构的变形和受力变化相对缓慢。
主要监测的物理量是结构的静态位移、静态应变和静态应力等。例如，对建筑物基础沉降的监测，通过定期测量建筑物基础相对于周围地面的垂直位移，来判断建筑物是否存在不均匀沉降问题；在大坝监测中，测量大坝在水压力和自身重力作用下的应变情况。
二、监测设备和技术
动态监测
传感器：需要使用能够快速响应和捕捉动态信号的传感器。例如加速度传感器，它基于惯性原理，能够将结构的振动加速度转换为电信号，其频率响应范围较宽，可以测量从低频到高频的振动信号。还有动态应变传感器，用于测量结构在振动过程中的应变变化，如光纤光栅动态应变传感器，它可以实时、高精度地获取应变数据。
数据采集系统：要求有较高的采样频率，以确保能够完整地记录下结构的动态响应信号。因为动态信号变化迅速，如果采样频率不足，会导致信号失真。例如，对于高频振动的机械结构监测，数据采集系统的采样频率可能需要达到数千赫兹甚至更高。同时，数据采集系统还需要具备良好的信号处理能力，如滤波功能，以去除噪声干扰，提高信号质量。
数据分析方法：涉及到复杂的信号处理和模态分析技术。例如通过傅里叶变换将时域的振动信号转换为频域信号，从而获取振动频率等信息；通过实验模态分析技术，对结构进行激励并获取振动响应，进而识别结构的模态参数（如固有频率、振型和阻尼比），用于评估结构的动态特性和损伤情况。
静态监测
传感器：常用的有静力水准仪用于测量微小的位移变化，其原理是利用连通器原理，通过测量液位高度差来计算位移。应变片是测量静态应变的经典工具，它通过测量材料的应变引起的电阻变化来获取应变信息。这些传感器的特点是精度高、稳定性好，能够长时间准确地测量静态物理量。
数据采集系统：采样频率要求相对较低，因为物理量变化缓慢。主要关注数据的准确性和稳定性，一般会对采集到的数据进行多次平均等处理，以减少误差。例如，在基础沉降监测中，数据采集可能是每天或每周进行一次，采集的数据主要是位移的绝对值，不需要像动态监测那样高的采样频率。
数据分析方法：相对比较直接，主要是对采集到的静态物理量进行简单的数学运算和对比分析。例如，通过比较不同时间点的位移数据来判断结构是否发生沉降；根据应变数据和材料的弹性模量计算结构的应力，然后与设计允许应力进行比较，评估结构的安全性。
三、监测目的和应用场景
动态监测
目的：主要用于评估结构在动态环境下的安全性和可靠性。通过监测结构的动态响应，可以及时发现结构的动力特性变化，如固有频率的改变、振动幅度的异常增大等，这些变化可能是结构出现损伤或疲劳的早期信号。同时，动态监测也用于验证结构的设计理论和抗震、抗风等性能。
应用场景：在交通基础设施方面，如桥梁、铁路轨道等，用于监测车辆行驶过程中的结构安全；在高层建筑和高耸结构中，用于评估结构在风荷载和地震作用下的动态响应；在工业设备中，如大型旋转机械，用于监测机器的振动情况，预防故障和损坏。
静态监测
目的：重点是检查结构在长期使用过程中的稳定性和耐久性。例如，监测建筑物的基础沉降可以防止建筑物因不均匀沉降而产生裂缝或倾斜；监测结构的静态应变可以发现由于长期荷载作用导致的材料内部损伤积累，如混凝土的徐变和钢筋的锈蚀。
应用场景：广泛应用于各类建筑物的基础监测、大坝等大型水利工程的长期稳定性监测、地下结构（如隧道）的变形监测等。例如，在大坝的静态监测中，通过在大坝内部和表面布置应变和位移传感器，长期监测大坝在水压力和自身重力作用下的变形情况，确保大坝的安全运行。