大跨空间钢结构是工程技术领域广泛采用的新型结构形式,但是到目前为止,在大跨钢结构建筑的监测领域方面,仍然未形成完善的体系,本文以包头体育场为对象进行了结构健康监测系统设计的研究,其主要包括以下几个方面的内容:通过有限元模拟分析,掌握了包头体育场上部钢结构主桁架的内力分布规律,即:从杆件应力的角度来看,主桁架上四类弦杆的应力分布规律存在显著差异,拱顶区域的上弦杆的应力水平相对较高,主拱两端的区域内下弦杆的应力水平较高,并且在主拱上存在着整体性的弯矩作用。弯矩最大值出现在主拱两侧。此区域亦为出现结构病害的区域,并且从外观分析,病害的现象符合失稳破坏的特征。健康监测系统的组织构成:对应变监测点和温度监测点的设置位置和确定依据进行了说明;详细介绍了针对监测数据的处理和计算方法:包括对原始应变数据的中值滤波和叠加处理,针对杆件材料得到温度应变的处理方法、杆件真实存在应力的计算方法、轴力和弯矩的计算方法以及杆件稳定性的判断依据等。由于结构已经投入使用,因此杆件内部现有的绝对应力大小已经无法直接测得,为此本文中采用的是用有限元模型计算模拟来取得结构在自重作用下内部各杆件的应力,将有限元计算得到的结构初始状态的应力数值与实测数据进行合理叠加最终求得其现有的真实应力数值。阐述了监测系统工作的流程和后期的监测计划,然后说明和分析了系统取得的各项监测结果,主要包括杆件应力随温度变化的曲线和杆件稳定性要求的验算结果。结果显示:不同区域的杆件内部的初始应力水平和在温度变化过程中的应力变化规律有显著差异,局部杆件有受弯的情况出现,同时发现了一处应力超限和稳定性要求不再满足设计要求的杆件。本文通过对包头体育场健康监测的实际项目的研究,在结构有限元模拟、监测点的选取、软硬件调试和安装以及后处理程序的开发等几个方面得出了具有实用性价值的结论和成果,为后续的监测工作的展开和最终监测结论的得出提供了全面的技术支持和科学的理论依据。