專利名稱：基于索力監(jiān)測識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
斜拉橋、懸索橋、桁架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們有許多承受拉伸載荷的部件，如斜拉索、主纜、吊索、拉桿等等，該類結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是以索、纜或僅承受拉伸載荷的桿件為支承部件，為方便起見本發(fā)明將該類結(jié)構(gòu)表述為“索結(jié)構(gòu)”。在索結(jié)構(gòu)的服役過程中， 索結(jié)構(gòu)的支承系統(tǒng)(指所有承載索、及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的桿件，為方便起見，本專利將該類結(jié)構(gòu)的全部支承部件統(tǒng)一稱為“索系統(tǒng)”，但實(shí)際上索系統(tǒng)不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的桿件)會(huì)受損，同時(shí)索結(jié)構(gòu)的支座也可能出現(xiàn)廣義位移(例如支座廣義位移指支座沿X、Y、Z軸的線位移及支座繞Χ、Υ、Ζ軸的角位移；對應(yīng)于支座廣義位移，支座廣義坐標(biāo)指支座關(guān)于X、Y、Z軸的坐標(biāo)及支座關(guān)于X、Y、Z軸的角坐標(biāo))，這些變化對索結(jié)構(gòu)的安全是一種威脅，本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，基于索力監(jiān)測來識(shí)別支座廣義位移、識(shí)別索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索、識(shí)別需調(diào)整索力的支承索，并給出具體的索長調(diào)整量，屬工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
支座廣義位移對索結(jié)構(gòu)安全是一項(xiàng)重大威脅，同樣的，索系統(tǒng)的損傷和松弛也將對結(jié)構(gòu)的安全造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起結(jié)構(gòu)的失效，因此準(zhǔn)確及時(shí)地識(shí)別支座廣義位移、受損索和松弛索(即需調(diào)整索力的支承索)是非常必要的。索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)支座廣義位移、受損索和松弛索后會(huì)引起結(jié)構(gòu)的可測量參數(shù)的變化， 例如會(huì)引起索力的變化，實(shí)際上索力的變化包含了索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)信息，也就是說可以利用結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，可以基于索力監(jiān)測(本發(fā)明將被監(jiān)測的索力稱為 “被監(jiān)測量”，后面提到“被監(jiān)測量”就是指被監(jiān)測的索力)來識(shí)別支座廣義位移、受損索和松弛索。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明公開了一種基于索力監(jiān)測的、能夠合理有效地識(shí)別支座廣義位移、受損索和松弛索的健康監(jiān)測方法。依據(jù)支承索的索力變化的原因，可將支承索的索力變化分為三種情況一是支承索受到了損傷，例如支承索出現(xiàn)了局部裂紋和銹蝕等等；二是支承索并無損傷，但索力也發(fā)生了變化，出現(xiàn)這種變化的主要原因之一是支承索自由狀態(tài)(此時(shí)索張力也稱索力為0)下的索長度(稱為自由長度，本發(fā)明專指支承索兩支承端點(diǎn)間的那段索的自由長度)發(fā)生了變化；三是支承索并無損傷，但索結(jié)構(gòu)支座有了廣義位移，也會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，當(dāng)然也就會(huì)引起索力的變化。為了方便，本發(fā)明將自由長度發(fā)生變化的支承索統(tǒng)稱為松弛索。技術(shù)方案設(shè)索的數(shù)量和支座廣義位移分量的數(shù)量之和為#。為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評估的索和支座廣義位移為“被評估對象”，給被評估對象連續(xù)編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。本發(fā)明用用變量i表示這一編號(hào)，i=l，2，3，···，N, 因此可以說有#個(gè)被評估對象。
設(shè)索系統(tǒng)中共有。根支承索，結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)包括這C根支承索的索力，顯然。小于被評估對象的數(shù)量#。僅僅通過Q個(gè)支承索的Q個(gè)索力數(shù)據(jù)來求解未知的#個(gè)被評估對象的狀態(tài)是不可能的，本發(fā)明在監(jiān)測全部C根支承索索力的基礎(chǔ)上，增加對不少于GV-仍個(gè)其他被監(jiān)測量。增加的不少于GV- Q)個(gè)的其他被監(jiān)測量仍然是索力，敘述如下
在結(jié)構(gòu)上人為增加叢( 不小于N-⑴根索，新增加的叢根索的剛度同索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的剛度相比，可以小很多，例如小10倍，新增加的叢根索的索力應(yīng)當(dāng)較小，例如其橫截面正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于其疲勞極限，這些要求可以保證新增加的叢根索不會(huì)發(fā)生疲勞損傷，新增加的叢根索的兩端應(yīng)當(dāng)充分錨固，保證不會(huì)出現(xiàn)松弛，新增加的叢根索應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值姆栏g保護(hù)，保證新增加的叢根索不會(huì)發(fā)生損傷和松弛，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中將監(jiān)測這新增加的叢根索的索力。綜合上述被監(jiān)測量，整個(gè)結(jié)構(gòu)共有if根索的I個(gè)被監(jiān)測量，I不得小于被評估對象的數(shù)量見為方便起見，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的所有參量”簡稱為“被監(jiān)測量”。給Ji 個(gè)被監(jiān)測量連續(xù)編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。本發(fā)明由兩大部分組成。分別是一、建立用于識(shí)別支座廣義位移、受損索和松弛索的健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識(shí)庫和參量的方法、基于知識(shí)庫(含參量)、基于被監(jiān)測量等量的監(jiān)測的、識(shí)別索結(jié)構(gòu)的支座廣義位移、受損索和松弛索的方法。二、健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。本發(fā)明的第一部分建立用于識(shí)別索結(jié)構(gòu)支座廣義位移、受損索和松弛索的健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識(shí)庫和參量的方法、基于知識(shí)庫(含參量)、基于實(shí)測索結(jié)構(gòu)支座廣義位移的、基于被監(jiān)測量等量的監(jiān)測的、識(shí)別索結(jié)構(gòu)的支座廣義位移、受損索和松弛索的方法。 可按如下方法進(jìn)行，以獲得更準(zhǔn)確的索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)評估。第一步首先建立索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量式、建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。(例如有限元基準(zhǔn)模型，在本發(fā)明中A。是不變的)。索結(jié)構(gòu)“初始健康狀態(tài)向量記為d。” (如式(1)所示)，用d0表示索結(jié)構(gòu)(用索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。表示)的健康狀態(tài)。de = [^1 de% ··■<,·■·(1)
式(1)中式//=1，2，3，…….，N)表示A。中的索結(jié)構(gòu)的第i個(gè)被評估對象的初始健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么doi表示其初始損傷，doi 為0時(shí)表示無損傷，為100%時(shí)表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時(shí)表示喪失相應(yīng)比例的承載能力，如果經(jīng)無損檢測查明該索沒有損傷，那么doi表示該索與式,.損傷值力學(xué)等效的松弛，具體松弛量的計(jì)算方法在后面說明；如果該被評估對象是一個(gè)支座的一個(gè)廣義位移分量，那么it.表示其初始廣義位移數(shù)值。式(1)中Γ表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。建立索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量(依據(jù)式(1)記為式)時(shí)，利用索結(jié)構(gòu)完工之時(shí)或健康監(jiān)測系統(tǒng)開始工作之時(shí)的索結(jié)構(gòu)的支座廣義位移的實(shí)測數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)圖、竣工圖確定索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量式的對應(yīng)于支座廣義位移的各元素?cái)?shù)值；利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)確定索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量式的對應(yīng)于索的各元素?cái)?shù)值；如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時(shí)，或者可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時(shí)，向量d0的對應(yīng)于索的各元素?cái)?shù)值取0。建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。(例如有限元基準(zhǔn)模型)的方法如下 首先在索結(jié)構(gòu)上增加叢( 不小于N-⑴根索，新增加的叢根索的剛度同結(jié)構(gòu)的任意
一根支承索的剛度相比，可以應(yīng)當(dāng)小很多，例如小10倍，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中將監(jiān)測這新增加的尾根索的索力。在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)開始工作前實(shí)測得到這新增加的叢根索的索力。同時(shí)測量得到新增加的叢根索的幾何參數(shù)和力學(xué)參數(shù)，測量得到新增加的尾根索的兩個(gè)在索結(jié)構(gòu)上安裝端點(diǎn)的坐標(biāo)。稱上述信息為新增加的叢根索的所有信息。新增加的叢根索的所有信息已知后，再建立A。。建立A。時(shí)，根據(jù)已知的新增加的叢根索的所有信息，根據(jù)索結(jié)構(gòu)完工之時(shí)的索結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實(shí)測數(shù)據(jù)，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù))和設(shè)計(jì)圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立A。；如果沒有索結(jié)構(gòu)完工之時(shí)的結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)，那么就在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)前對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測，得到索結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實(shí)測數(shù)據(jù)，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、 索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù))，根據(jù)此數(shù)據(jù)和索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立A。。不論用何種方法獲得A。，基于A。計(jì)算得到的索結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)(對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù))必須非常接近其實(shí)測數(shù)據(jù)，誤差一般不得大于5%。這樣可保證利用A。計(jì)算所得的模擬情況下的應(yīng)變計(jì)算數(shù)據(jù)、索力計(jì)算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)形狀計(jì)算數(shù)據(jù)和位移計(jì)算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)角度數(shù)據(jù)等，可靠地接近所模擬情況真實(shí)發(fā)生時(shí)的實(shí)測數(shù)據(jù)。本發(fā)明中用被監(jiān)測量初始向量C；表示索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的初始值組成的向量(見式(2))。要求在獲得A。的同時(shí)獲得C；。因在前述條件下，基于索結(jié)構(gòu)的計(jì)算基準(zhǔn)模型計(jì)算所得的被監(jiān)測量可靠地接近于初始被監(jiān)測量的實(shí)測數(shù)據(jù)，在后面的敘述中，將用同一符號(hào)來表示該計(jì)算值和實(shí)測值。Ce2 ···€；.··· ComJ(2)
式(2)中6^.(7=1，2，3，…….，M; M^JV)是索結(jié)構(gòu)中第J個(gè)被監(jiān)測量的初始量， 該分量依據(jù)編號(hào)規(guī)則對應(yīng)于特定的第J·個(gè)被監(jiān)測量。r表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。本發(fā)明中用被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C是由索結(jié)構(gòu)中所有被監(jiān)測量的當(dāng)前值組成的向量(定義見式(3))。C = [C1 C2 · · · C, · · · CmJ(3)
式(3)中 .(/=1，2，3，…….，Μ; M^JV)是索結(jié)構(gòu)中第^/個(gè)被監(jiān)測量的當(dāng)前值， 該分量Cj依據(jù)編號(hào)規(guī)則與Coj對應(yīng)于同一 “被監(jiān)測量”。第二步建立索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣」C的方法。在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Α。的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于 N。每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評估對象在原健康狀態(tài)(用索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量i/ ^表示)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位廣義位移(本發(fā)明稱為健康狀態(tài)有單位變化，或簡稱有單位變化)，具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索增加單位損傷(例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷)，如果該被評估對象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的廣義位移分量，就假設(shè)該支座在該廣義位移方向增加發(fā)生單位廣義位移 (例如取1毫米、2毫米、3毫米等為單位線位移，取十萬分之一弧度、十萬分之二弧度、十萬分之三弧度等為單位角位移)，用久,.記錄這一單位損傷或單位廣義位移，其中i表示假設(shè)增加發(fā)生單位損傷或單位廣義位移的被評估對象的編號(hào)。用“單位損傷或單位廣義位移向量 Du"(如式(4)所示)記錄所有的單位損傷或單位廣義位移。每一次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評估對象不同于其它次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評估對象，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法(例如有限元法)計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前向量(當(dāng)假設(shè)第i個(gè)被監(jiān)測量有單位損傷或單位廣義位移時(shí)，可用式(5)表示被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前向量 C/);每一次計(jì)算得到被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前向量減去被監(jiān)測量初始向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位廣義位移數(shù)值，所得向量就是此條件下(以有單位損傷或單位廣義位移的被評估對象的編號(hào)為標(biāo)記)的被監(jiān)測量變化向量(當(dāng)?shù)趇個(gè)被評估對象有單位損傷或單位廣義位移時(shí)，用々G表示被監(jiān)測量變化向量，定義見式(6)，式(6)為式(5)減去式(2) 所得)，被監(jiān)測量變化向量的每一元素表示由于計(jì)算時(shí)假定有單位損傷或單位廣義位移的那個(gè)被評估對象的單位變化而引起的該元素所對應(yīng)的被監(jiān)測量的改變量；有#個(gè)被評估對象就有#個(gè)被監(jiān)測量變化向量，由于有I個(gè)被監(jiān)測量，所以每個(gè)被監(jiān)測量變化向量有I個(gè)元素，由這#個(gè)被監(jiān)測量變化向量依次組成有個(gè)元素的被監(jiān)測量單位變化矩陣」G」C 的定義如式(7)所示。DsDa2 · · · Dai · · · DimJ(4)
式(4)中單位損傷或單位廣義位移向量化的元素氏,.(i=l, 2，3，…….，ΛΟ表示第 i個(gè)被評估對象的單位損傷或單位廣義位移數(shù)值，向量A中的各元素的數(shù)值可以相同也可以不同。C = [4 Cj2 . . . . . . CimJ(5)
式(5)中元素G/ U =1，2，3，……·，N； J=I, 2，3，……·，Ι,Ι》Λθ表示由于第i個(gè)被評估對象有單位損傷或單位廣義位移時(shí)，依據(jù)編號(hào)規(guī)則所對應(yīng)的第j個(gè)被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算量。
權(quán)利要求
1. 一種基于索力監(jiān)測識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法，其特征在于所述方法包括a.為敘述方便起見，統(tǒng)一稱被評估的支承索和支座廣義位移分量為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和支座廣義位移分量的數(shù)量之和為N，即被評估對象的數(shù)量為N ；確定被評估對象的編號(hào)規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評估對象編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；用變量i表示這一編號(hào)，i = 1,2,3,... ,N；b.設(shè)索系統(tǒng)中共有Q根支承索，結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)包括這Q根支承索的索力，顯然Q小于被評估對象的數(shù)量N ；僅僅通過Q個(gè)支承索的Q個(gè)索力數(shù)據(jù)來求解未知的N個(gè)被評估對象的狀態(tài)是不可能的，在監(jiān)測全部Q根支承索索力的基礎(chǔ)上，在結(jié)構(gòu)上人為增加M2根索，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中將監(jiān)測這新增加的M2根索的索力；綜合上述被監(jiān)測量，整個(gè)結(jié)構(gòu)共有M根索的M個(gè)索力被監(jiān)測，即有M個(gè)被監(jiān)測量，真中M為Q與M2之和；M不得小于被評估對象的數(shù)量N;新增加的M2根索的剛度同索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的剛度相比，應(yīng)當(dāng)小得多；新增加的M2根索的索力應(yīng)當(dāng)比索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的索力小得多，這樣可以保證即使這新增加的M2根索出現(xiàn)了損傷或松弛，對索結(jié)構(gòu)其他構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、變形的影響微乎其微；新增加的M2根索的橫截面上正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于其疲勞極限，這些要求可以保證新增加的M2根索不會(huì)發(fā)生疲勞損傷；新增加的M2根索的兩端應(yīng)當(dāng)充分錨固，保證不會(huì)出現(xiàn)松弛；新增加的M2 根索應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值姆栏g保護(hù)，保證新增加的M2根索不會(huì)發(fā)生損傷和松弛；為方便起見， 將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的所有參量”簡稱為“被監(jiān)測量”；給M個(gè)被監(jiān)測量連續(xù)編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；c.利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立初始健康狀態(tài)向量d。。 如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時(shí)，向量d。的各元素?cái)?shù)值取0 ；d.在建立初始健康狀態(tài)向量d。的同時(shí)，直接測量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。；e.在建立初始健康狀態(tài)向量d。和被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。的同時(shí)，直接測量計(jì)算得到所有支承索的初始索力，組成初始索力向量F。；同時(shí)，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有支承索的初始自由長度，組成初始自由長度向量I。；同時(shí)，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)或?qū)崪y得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)；同時(shí)，實(shí)測或根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積；支座廣義坐標(biāo)包括線量和角量兩種；f.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)、索的無損檢測數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。；g.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;h.在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中，對新增加的M2根索進(jìn)行無損檢測，從中鑒別出出現(xiàn)損傷或松弛的索；i.依據(jù)被監(jiān)測量編號(hào)規(guī)則，從被監(jiān)測量初始向量C。中去除步驟h中鑒別出的出現(xiàn)損傷或松弛的索對應(yīng)的元素；j.依據(jù)被監(jiān)測量編號(hào)規(guī)則，從索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣Δ C中去除步驟h中鑒別出的出現(xiàn)損傷或松弛的索對應(yīng)的行；k.實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的當(dāng)前索力，組成當(dāng)前索力向量F ；同時(shí)，實(shí)測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實(shí)測數(shù)值，組成“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C”;然后從被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C中去除步驟h中鑒別出的出現(xiàn)損傷或松弛的索對應(yīng)的元素；實(shí)測計(jì)算得到所有支承索的兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)，兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個(gè)支承端點(diǎn)水平距離；·1.定義待求的被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。和當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d ；向量d。、 d。和d的元素個(gè)數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，d。、d。和d的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，d。、d。和d的元素 數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的損傷程度或廣義位移、或與松弛程度力學(xué)等效的損傷程度；m.依據(jù)“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C”同“被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。”、“索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣Δ C”和“被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。”間存在的近似線性關(guān)系，該近似線性關(guān)系可表達(dá)為式1，式1中除d。外的其它量均為已知，求解式1就可以算出被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。； C = C0+ Δ C · dc 式 1η.利用式2表達(dá)的當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素Clj同初始健康狀態(tài)向量d。的元素 dOJ和被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。的元素、間的關(guān)系，計(jì)算得到當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的所有元素。Cli = l-(l-doi) (l-dci) 式 2 式2中i = 1,2,3,……，N;由于當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素?cái)?shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)， 如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索，那么該元素表示其當(dāng)前實(shí)際損傷，如果該被評估對象是一個(gè)支座的一個(gè)廣義位移分量，那么該元素表示其當(dāng)前廣義位移數(shù)值；當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d的元素?cái)?shù)值為0時(shí)，表示對應(yīng)的支承索無損傷無松弛、或?qū)?yīng)的支座廣義位移分量為0，不為0的元素對應(yīng)于有問題的支承索或有廣義位移的支座；由此確定了有問題的支承索，確定了支座廣義位移；ο.從步驟η中識(shí)別出的有問題的支承索中通過無損檢測方法鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；P.從當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d中取出支承索對應(yīng)的元素組成支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量d%支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量cf有Q個(gè)元素，表示Q根支承索的當(dāng)前實(shí)際損傷值，cf元素的編號(hào)規(guī)則與向量F0的編號(hào)規(guī)則相同，即cf和F0相同編號(hào)的元素表示相同支承索的信息；q.利用在步驟P獲得的支承索當(dāng)前實(shí)際健康狀態(tài)向量cf得到松弛索的當(dāng)前實(shí)際損傷程度，利用在步驟k獲得的當(dāng)前索力向量F，利用在步驟k獲得的所有支承索的兩個(gè)支承端點(diǎn)的空間坐標(biāo)，利用在步驟e獲得的初始自由長度向量I。，利用在步驟e獲得的所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積數(shù)據(jù)，通過將松弛索同受損索進(jìn)行力學(xué)等效來計(jì)算松弛索的、與當(dāng)前實(shí)際損傷程度等效的松弛程度，等效的力學(xué)條件是一、兩等效的索的無松弛和無損傷時(shí)的初始自由長度、幾何特性參數(shù)、密度及材料的力學(xué)特性參數(shù)相同；二、松弛或損傷后，兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同；滿足上述兩個(gè)等效條件時(shí)，這樣的兩根支承索在結(jié)構(gòu)中的力學(xué)功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受損索后，索結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)前述力學(xué)等效條件求得那些被判定為松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由長度的改變量，也就是確定了那些需調(diào)整索力的支承索的索長調(diào)整量；這樣就實(shí)現(xiàn)了支承索的松弛識(shí)別；計(jì)算時(shí)所需索力由當(dāng)前索力向量F 對應(yīng)元素給出；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于索力監(jiān)測識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法，其特征在于在步驟g中，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣△(的具體方法為gl.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N ；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評估對象在原健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位廣義位移，為敘述方便本方法合稱單位損傷和單位廣義位移為單位變化；具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的廣義位移分量，就假設(shè)該支座在該廣義位移方向在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加發(fā)生單位廣義位移，用Dui記錄這一單位損傷或單位廣義位移，其中i表示發(fā)生單位損傷或單位廣義位移的被評估對象的編號(hào)； 每一次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評估對象不同于其它次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷或單位廣義位移的被評估對象，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前向量；g2.每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測量計(jì)算當(dāng)前向量減去被監(jiān)測量初始向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位廣義位移數(shù)值，得到一個(gè)被監(jiān)測量變化向量，有N個(gè)被評估對象就有N個(gè)被監(jiān)測量變化向量；g3.由這N個(gè)被監(jiān)測量變化向量依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC; 索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的每一列對應(yīng)于一個(gè)被監(jiān)測量變化向量。
全文摘要
基于索力監(jiān)測識(shí)別受損索松弛索支座廣義位移的方法，該方法基于索力監(jiān)測，即對全部支承索和人為增加的索的索力進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)等建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣。依據(jù)被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量同被監(jiān)測量初始向量、索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣和待求的被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量間存在的近似線性關(guān)系，可以識(shí)別出索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的變化，即識(shí)別出支座廣義位移、受損索和松弛索。
文檔編號(hào)G01B21/02GK102323096SQ201110144479
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學(xué)