CN105067347A - 精简混合监测问题索载荷线位移递进式识别方法 - Google Patents

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CN105067347A CN201510439868.6A CN201510439868A CN105067347A CN 105067347 A CN105067347 A CN 105067347A CN 201510439868 A CN201510439868 A CN 201510439868A CN 105067347 A CN105067347 A CN 105067347A
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韩玉林
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Abstract

精简混合监测问题索载荷线位移递进式识别方法基于混合监测,通过监测索结构温度和环境温度来决定是否需要更新索结构的力学计算基准模型,得到计入索结构温度和环境温度的索结构的力学计算基准模型,在此模型的基础上计算获得单位损伤被监测量数值变化矩阵。依据被监测量当前数值向量同被监测量当前初始数值向量、单位损伤被监测量数值变化矩阵和待求的被评估对象当前名义损伤向量间存在的近似线性关系算出被评估对象当前名义损伤向量的非劣解,据此可以在有温度变化时,同时识别出支座线位移和问题索。

Description

精简混合监测问题索载荷线位移递进式识别方法
技术领域
[0001] 斜拉桥、悬索桥、桁架结构等结构有一个共同点,就是它们有许多承受拉伸载荷的 部件,如斜拉索、主缆、吊索、拉杆等等,该类结构的共同点是以索、缆或仅承受拉伸载荷的 杆件为支承部件,为方便起见,本方法将该类结构表述为"索结构",并将索结构的所有承载 索、承载缆,及所有仅承受轴向拉伸或轴向压缩载荷的杆件(又称为二力杆件),为方便起 见统一称为"索系统",本方法中用"支承索"这一名词指称承载索、承载缆及仅承受轴向拉 伸或轴向压缩载荷的杆件,有时简称为"索",所以在后面使用"索"这个字的时候,对桁架结 构实际就是指二力杆件。支承索的受损和松弛对索结构安全是一项重大威胁,本方法将受 损索和松弛索统称为有健康问题的支承索,简称为问题索。在结构服役过程中,对支承索或 索系统的健康状态的正确识别关系到整个索结构的安全。在环境温度发生变化时,索结构 的温度一般也会随着发生变化,在索结构温度发生变化时,索结构支座可能发生线位移,索 结构承受的载荷也可能发生变化,实际上即使索结构的温度不发生变化,索结构承受的载 荷也可能单独发生变化,同时索结构的健康状态也可能在发生变化,在这种复杂条件下,本 方法基于混合监测(本方法通过对本节前述不同类型的索结构的可测量参数的变化的混 合监测来判断索结构的健康状态,本方法将所有被监测的索结构特征参量统称为"被监测 量",由于此时被监测量是由索结构的不同类型的可测量参数混合组成,本方法称此为混合 监测)来识别支座线位移和问题索(本方法称之为核心被评估对象的健康状态),属工程结 构健康监测领域。
背景技术
[0002] 剔除载荷变化、索结构支座线位移和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的 影响,从而准确地识别结构的健康状态的变化,是目前迫切需要解决的问题;剔除载荷变 化、索结构健康状态变化和结构温度变化对索结构支座线位移识别结果的影响,从而准确 地识别索结构支座线位移,也是目前迫切需要解决的问题;本方法公开了一种解决这两个 问题的有效的、廉价的方法。
发明内容
[0003] 技术问题:本方法公开了一种方法,在造价更低的条件下,实现了两种功能,分别 是,一、剔除支座线位移、载荷变化和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影响,从 而准确地识别出支承索的健康状态;二、本方法还能够剔除载荷变化、索结构健康状态变 化和结构温度变化对索结构支座线位移识别结果的影响,从而准确地识别索结构支座线位 移。
[0004] 在索结构服役过程中,支承索自由状态(此时索张力也称索力为0)下的索长度 (称为自由长度,本方法专指支承索两支承端点间的那段索的自由长度)会发生变化,本方 法的目的之一就是要识别出自由长度发生了变化的支承索,并识别出它们的自由长度的改 变量,此改变量为该索的索力调整提供了直接依据,为了方便,本方法将自由长度发生变化 的支承索统称为松弛索。
[0005] 技术方案:在本方法中,用"支座空间坐标"指称支座关于笛卡尔直角坐标系的X、 Y、Z轴的坐标,也可以说成是支座关于X、Y、Z轴的空间坐标,支座关于某一个轴的空间坐标 的具体数值称为支座关于该轴的空间坐标分量,本方法中也用支座的一个空间坐标分量表 达支座关于某一个轴的空间坐标的具体数值;用"支座角坐标"指称支座关于X、Y、Z轴的角 坐标,支座关于某一个轴的角坐标的具体数值称为支座关于该轴的角坐标分量,本方法中 也用支座的一个角坐标分量表达支座关于某一个轴的角坐标的具体数值;用"支座广义坐 标"指称支座角坐标和支座空间坐标全体,本方法中也用支座的一个广义坐标分量表达支 座关于一个轴的空间坐标或角坐标的具体数值;支座关于X、Y、Z轴的坐标的改变称为支座 线位移,也可以说支座空间坐标的改变称为支座线位移,本方法中也用支座的一个线位移 分量表达支座关于某一个轴的线位移的具体数值;支座关于X、Y、Z轴的角坐标的改变称为 支座角位移,本方法中也用支座的一个角位移分量表达支座关于某一个轴的角位移的具体 数值;支座广义位移指称支座线位移和支座角位移全体,本方法中也用支座的一个广义位 移分量表达支座关于某一个轴的线位移或角位移的具体数值;支座线位移也可称为平移位 移,支座沉降是支座线位移或平移位移在重力方向的分量。
[0006] 物体、结构承受的外力可称为载荷,载荷包括面载荷和体积载荷。面载荷又称表面 载荷,是作用于物体表面的载荷,包括集中载荷和分布载荷两种。体积载荷是连续分布于物 体内部各点的载荷,如物体的自重和惯性力。
[0007] 集中载荷分为集中力和集中力偶两种,在坐标系中,例如在笛卡尔直角坐标系中, 一个集中力可以分解成三个分量,同样的,一个集中力偶也可以分解成三个分量,如果载荷 实际上是集中载荷,在本方法中将一个集中力分量或一个集中力偶分量称为一个载荷,此 时载荷的变化具体化为一个集中力分量或一个集中力偶分量的变化。分布载荷分为线分布 载荷和面分布载荷,分布载荷的描述至少包括分布载荷的作用区域和分布载荷的大小,分 布载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征(例如均布、正弦函数等分布特征) 和幅值来表达(例如两个分布载荷都是均布,但其幅值不同,可以均布压力为例来说明幅 值的概念:同一个结构承受两个不同的均布压力,两个分布载荷都是均布载荷,但一个分布 载荷的幅值是l〇MPa,另一个分布载荷的幅值是50MPa)。如果载荷实际上是分布载荷,本 方法谈论载荷的变化时,实际上是指分布载荷分布集度的幅值的改变,而分布载荷的作用 区域和分布集度的分布特征是不变的。在坐标系中,一个分布载荷可以分解成若干个分量, 如果这分布载荷的若干个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且变化的比率不全部相 同,那么在本方法中把这若干个分布载荷的分量看成同样数量的独立的分布载荷,此时一 个载荷就代表一个分布载荷的分量,也可以将其中分布集度的幅值变化比率相同的分量合 成为一个分布载荷或称为一个载荷。体积载荷是连续分布于物体内部各点的载荷,如物体 的自重和惯性力,体积载荷的描述至少包括体积载荷的作用区域和体积载荷的大小,体积 载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征(例如均布、线性函数等分布特征)和 幅值来表达(例如两个体积载荷都是均布,但其幅值不同,可以自重为例来说明幅值的概 念:同一个结构的两个部分的材料不同,故密度不同,所以虽然这两个部分所受的体积载荷 都是均布的,但一个部分所受的体积载荷的幅值可能是10kN/m3,另一个部分所受的体积载 荷的幅值是50kN/m3)。如果载荷实际上是体积载荷,在本方法中实际处理的是体积载荷分 布集度的幅值的改变,而体积载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的,此时在本 方法中提到载荷的改变时实际上是指体积载荷的分布集度的幅值的改变,此时,发生变化 的载荷是指那些分布集度的幅值发生变化的体积载荷。在坐标系中,一个体积载荷可以分 解成若干个分量(例如在笛卡尔直角坐标系中,体积载荷可以分解成关于坐标系的三个轴 的分量,也就是说,在笛卡尔直角坐标系中体积载荷可以分解成三个分量),如果这体积载 荷的若干个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且变化的比率不全部相同,那么在本 方法中把这若干个体积载荷的分量看成同样数量的独立的载荷,也可以将其中分布集度的 幅值变化比率相同的体积载荷分量合成为一个体积载荷或称为一个载荷。
[0008] 当载荷具体化为集中载荷时,在本方法中,"载荷单位变化"实际上是指"集中载荷 的单位变化",类似的,"载荷变化"具体指"集中载荷的大小的变化","载荷变化量"具体指 "集中载荷的大小的变化量","载荷变化程度"具体指"集中载荷的大小的变化程度","载荷 的实际变化量"是指"集中载荷的大小的实际变化量","发生变化的载荷"是指"大小发生 变化的集中载荷",简单地说,此时"某某载荷的某某变化"是指"某某集中载荷的大小的某 某变化"。当载荷具体化为分布载荷时,在本方法中,"载荷单位变化"实际上是指"分布载 荷的分布集度的幅值的单位变化",而分布载荷的分布特征是不变的,类似的,"载荷变化" 具体指"分布载荷的分布集度的幅值的变化",而分布载荷的分布特征是不变的,"载荷变化 量"具体指"分布载荷的分布集度的幅值的变化量","载荷变化程度"具体指"分布载荷的分 布集度的幅值的变化程度","载荷的实际变化量"具体指"分布载荷的分布集度的幅值的实 际变化量","发生变化的载荷"是指"分布集度的幅值发生变化的分布载荷",简单地说,此 时"某某载荷的某某变化"是指"某某分布载荷的分布集度的幅值的某某变化",而所有分布 载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的。当载荷具体化为体积载荷时,在本方法 中,"载荷单位变化"实际上是指"体积载荷的分布集度的幅值的单位变化",类似的,"载荷 变化"是指"体积载荷的分布集度的幅值的变化","载荷变化量"是指"体积载荷的分布集度 的幅值的变化量","载荷变化程度"是指"体积载荷的分布集度的幅值的变化程度","载荷 的实际变化量"是指"体积载荷的分布集度的幅值的实际变化量","发生变化的载荷"是指 "分布集度的幅值发生变化的体积载荷",简单地说,"某某载荷的某某变化"是指"某某体积 载荷的分布集度的幅值的某某变化",而所有体积载荷的作用区域和分布集度的分布特征 是不变的。
[0009] 本方法具体包括:
[0010] a.当索结构承受的载荷虽有变化,但索结构正在承受的载荷没有超出索结构初始 许用载荷时,本方法适用;索结构初始许用载荷指索结构在竣工时的许用载荷,能够通过常 规力学计算获得;本方法统一称被评估的支座线位移分量、支承索和载荷为被评估对象,设 被评估的支座线位移分量的数量、支承索的数量和载荷的数量之和为N,即被评估对象的数 量为N;确定被评估对象的编号规则,按此规则将索结构中所有的被评估对象编号,该编号 在后续步骤中将用于生成向量和矩阵;本方法用变量k表示这一编号,k=1,2, 3,…,N ;本 方法用名称"核心被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的支承索和支座线位移分量, 设被评估的支承索和支座线位移分量的数量之和为P,即核心被评估对象的数量为P,本方 法用名称"次要被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的载荷;确定混合监测时指定 的将被监测索力的支承索,设索系统中共有Q根支承索,索结构的被监测的索力数据由索 结构上M1个指定支承索的^个索力数据来描述,索结构索力的变化就是所有指定支承索的 索力的变化;每次共有M1个索力测量值或计算值来表征索结构的索力信息W1是一个不小 于O不大于Q的整数;确定混合监测时指定的将被监测应变的被测量点,索结构的被监测的 应变数据可由索结构上K2个指定点的、及每个指定点的L2个指定方向的应变来描述,索结 构应变数据的变化就是1(2个指定点的所有被测应变的变化;每次共有心个应变测量值或计 算值来表征索结构应变,M2SK2和L2之积;M2是不小于O的整数;确定混合监测时指定的 将被监测角度的被测量点,索结构的被监测的角度数据由索结构上K3个指定点的、过每个 指定点的L3个指定直线的、每个指定直线的113个角度坐标分量来描述,索结构角度的变化 就是所有指定点的、所有指定直线的、所有指定的角度坐标分量的变化;每次共有1个角度 坐标分量测量值或计算值来表征索结构的角度信息,M3SK3、LjPH3之积;M3是一个不小 于O的整数;确定混合监测时指定的将被监测的形状数据,索结构的被监测的形状数据由 索结构上K4个指定点的、及每个指定点的1^4个指定方向的空间坐标来描述,索结构形状数 据的变化就是K4个指定点的所有坐标分量的变化;每次共有M4个坐标测量值或计算值来 表征索结构形状,M4SK4和L4之积;M4是一个不小于O的整数;综合上述混合监测的被监 测量,整个索结构共有M个被监测量,M为吣、M2、MjPM4之和,定义参量K,K为MK2、1(3和 K4之和,M应当大于P,M小于N;为方便起见,在本方法中将本步所列出的M个被监测量简 称为"被监测量";本方法中对同一个量实时监测的任何两次测量之间的时间间隔不得大于 30分钟,测量记录数据的时刻称为实际记录数据时刻;物体、结构承受的外力可称为载荷, 载荷包括面载荷和体积载荷;面载荷又称表面载荷,是作用于物体表面的载荷,包括集中载 荷和分布载荷两种;体积载荷是连续分布于物体内部各点的载荷,包括物体的自重和惯性 力在内;集中载荷分为集中力和集中力偶两种,在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中, 一个集中力可以分解成三个分量,同样的,一个集中力偶也可以分解成三个分量,如果载荷 实际上是集中载荷,在本方法中将一个集中力分量或一个集中力偶分量计为或统计为一个 载荷,此时载荷的变化具体化为一个集中力分量或一个集中力偶分量的变化;分布载荷分 为线分布载荷和面分布载荷,分布载荷的描述至少包括分布载荷的作用区域和分布载荷的 大小,分布载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果载荷实 际上是分布载荷,本方法谈论载荷的变化时,实际上是指分布载荷分布集度的幅值的改变, 而所有分布载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的;在包括笛卡尔直角坐标系在 内的坐标系中,一个分布载荷可以分解成三个分量,如果这分布载荷的三个分量的各自的 分布集度的幅值发生变化,且变化的比率不全部相同,那么在本方法中把这分布载荷的三 个分量计为或统计为三个分布载荷,此时一个载荷就代表分布载荷的一个分量;体积载荷 是连续分布于物体内部各点的载荷,体积载荷的描述至少包括体积载荷的作用区域和体积 载荷的大小,体积载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果 载荷实际上是体积载荷,在本方法中实际处理的是体积载荷分布集度的幅值的改变,而所 有体积载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的,此时在本方法中提到载荷的改变 时实际上是指体积载荷的分布集度的幅值的改变,此时,发生变化的载荷是指那些分布集 度的幅值发生变化的体积载荷;在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个体积载荷 可以分解成三个分量,如果这体积载荷的三个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且 变化的比率不全部相同,那么在本方法中把这体积载荷的三个分量计为或统计为三个分布 载荷;
[0011] b.本方法定义"本方法的索结构的温度测量计算方法"按步骤bl至b3进行;
[0012] bl:查询或实测得到索结构组成材料及索结构所处环境的随温度变化的传热学参 数,利用索结构的设计图、竣工图和索结构的几何实测数据,利用这些数据和参数建立索结 构的传热学计算模型;查询索结构所在地不少于2年的近年来的气象资料,统计得到这段 时间内的阴天数量记为T个阴天,在本方法中将白天不能见到太阳的一整日称为阴天,统 计得到T个阴天中每一个阴天的0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温与最低气 温,日出时刻是指根据地球自转和公转规律确定的气象学上的日出时刻,不表示当天一定 可以看见太阳,能够查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日出时刻,每一 个阴天的〇时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温减去最低气温称为该阴天的日气 温的最大温差,有T个阴天,就有T个阴天的日气温的最大温差,取T个阴天的日气温的最 大温差中的最大值为参考日温差,参考日温差记为AI;;查询索结构所在地和所在海拔区 间不少于2年的近年来的气象资料或实测得到索结构所处环境的温度随时间和海拔高度 的变化数据和变化规律,计算得到索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的索 结构所处环境的温度关于海拔高度的最大变化率ATh,为方便叙述取A1;的单位为°C/m; 在索结构的表面上取"R个索结构表面点",取"R个索结构表面点"的具体原则在步骤b3中 叙述,后面将通过实测得到这R个索结构表面点的温度,称实测得到的温度数据为"R个索 结构表面温度实测数据",如果是利用索结构的传热学计算模型,通过传热计算得到这R个 索结构表面点的温度,就称计算得到的温度数据为"R个索结构表面温度计算数据";从索结 构所处的最低海拔到最高海拔之间,在索结构上均布选取不少于三个不同的海拔高度,在 每一个选取的海拔高度处、在水平面与索结构表面的交线处至少选取两个点,从选取点处 引索结构表面的外法线,所有选取的外法线方向称为"测量索结构沿壁厚的温度分布的方 向",测量索结构沿壁厚的温度分布的方向与"水平面与索结构表面的交线"相交,在选取的 测量索结构沿壁厚的温度分布的方向中必须包括索结构的向阳面外法线方向和索结构的 背阴面外法线方向,沿每一个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中均布选取不 少于三个点,对于支承索沿每一个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向仅仅取一个点,仅 仅测量支承索的表面点的温度,测量所有被选取点的温度,测得的温度称为"索结构沿厚度 的温度分布数据",其中沿与同一"水平面与索结构表面的交线"相交的、"测量索结构沿壁 厚的温度分布的方向"测量获得的"索结构沿厚度的温度分布数据",在本方法中称为"相同 海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据",设选取了H个不同的海拔高度,在每一个海拔高 度处,选取了B个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向,沿每个测量索结构沿壁厚的温度 分布的方向在索结构中选取了E个点,其中H和E都不小于3,B不小于2,对于支承索E等 于1,计索结构上"测量索结构沿厚度的温度分布数据的点"的总数为HBE个,后面将通过实 测得到这HBE个"测量索结构沿厚度的温度分布数据的点"的温度,称实测得到的温度数据 为"HBE个索结构沿厚度温度实测数据",如果是利用索结构的传热学计算模型,通过传热计 算得到这HBE个测量索结构沿厚度的温度分布数据的点的温度,就称计算得到的温度数据 为"HBE个索结构沿厚度温度计算数据";在索结构所在地按照气象学测量气温要求选取一 个位置,将在此位置实测得到符合气象学测量气温要求的索结构所在环境的气温;在索结 构所在地的空旷无遮挡处选取一个位置,该位置应当在全年的每一日都能得到该地所能得 到的该日的最充分的日照,在该位置安放一块碳钢材质的平板,称为参考平板,参考平板与 地面不可接触,参考平板离地面距离不小于1.5米,该参考平板的一面向阳,称为向阳面, 参考平板的向阳面是粗糙的和深色的,参考平板的向阳面应当在全年的每一日都能得到一 块平板在该地所能得到的该日的最充分的日照,参考平板的非向阳面覆有保温材料,将实 时监测得到参考平板的向阳面的温度;
[0013] b2:实时监测得到上述R个索结构表面点的R个索结构表面温度实测数据,同时 实时监测得到前面定义的索结构沿厚度的温度分布数据,同时实时监测得到符合气象学测 量气温要求的索结构所在环境的气温数据;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出 时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据序列,索结构所在环境的气温实测 数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数 据按照时间先后顺序排列,找到索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度和最低 温度,用索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到索结构所在 环境的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差,称为环境最大温差,记为 AT_x;由索结构所在环境的气温实测数据序列通过常规数学计算得到索结构所在环境的 气温关于时间的变化率,该变化率也随着时间变化;通过实时监测得到当日日出时刻到次 日日出时刻后30分钟之间的参考平板的向阳面的温度的实测数据序列,参考平板的向阳 面的温度的实测数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的参考平板的向 阳面的温度的实测数据按照时间先后顺序排列,找到参考平板的向阳面的温度的实测数据 序列中的最高温度和最低温度,用参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中的最高温度 减去最低温度得到参考平板的向阳面的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之 间的最大温差,称为参考平板最大温差,记为ATpniax;通过实时监测得到当日日出时刻到次 日日出时刻后30分钟之间的所有R个索结构表面点的索结构表面温度实测数据序列,有R 个索结构表面点就有R个索结构表面温度实测数据序列,每一个索结构表面温度实测数据 序列由一个索结构表面点的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构表面温 度实测数据按照时间先后顺序排列,找到每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温 度和最低温度,用每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到每 一个索结构表面点的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差,有R 个索结构表面点就有R个当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差数值,其 中的最大值称为索结构表面最大温差,记为△Tsnax;由每一索结构表面温度实测数据序列 通过常规数学计算得到每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率,每一个索结构表面 点的温度关于时间的变化率也随着时间变化;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出 时刻后30分钟之间的、在同一时刻、HBE个"索结构沿厚度的温度分布数据"后,计算在每 一个选取的海拔高度处共计BE个"相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据"中的最高 温度与最低温度的差值,这个差值的绝对值称为"相同海拔高度处索结构厚度方向最大温 差",选取了H个不同的海拔高度就有H个"相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差",称 这H个"相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差"中的最大值为"索结构厚度方向最大温 差",记为ATtmax;
[0014] b3 :测量计算获得索结构稳态温度数据;首先,确定获得索结构稳态温度数据的 时刻,与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件有六项,第一项条件是获得索结 构稳态温度数据的时刻介于当日日落时刻到次日日出时刻后30分钟之间,日落时刻是指 根据地球自转和公转规律确定的气象学上的日落时刻,能够查询资料或通过常规气象学计 算得到所需的每一日的日落时刻;第二项条件的a条件是在当日日出时刻到次日日出时刻 后30分钟之间的这段时间内,参考平板最大温差ATpniaJP索结构表面最大温差 不大于5摄氏度;第二项条件的b条件是在当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间 的这段时间内,在前面测量计算得到的环境最大温差AT_X不大于参考日温差AI\,且参 考平板最大温差ATpniax减去2摄氏度后不大于AT_x,且索结构表面最大温差ATsniax不大 于ATpniax;只需满足第二项的a条件和b条件中的一项就称为满足第二项条件;第三项条件 是在获得索结构稳态温度数据的时刻,索结构所在环境的气温关于时间的变化率的绝对值 不大于每小时〇. 1摄氏度;第四项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,R个索结构表 面点中的每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率的绝对值不大于每小时〇. 1摄氏 度;第五项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,R个索结构表面点中的每一个索结 构表面点的索结构表面温度实测数据为当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的极 小值;第六项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,"索结构厚度方向最大温差"ATt_ 不大于1摄氏度;本方法利用上述六项条件,将下列三种时刻中的任意一种称为"获得索结 构稳态温度数据的数学时刻",第一种时刻是满足上述"与决定获得索结构稳态温度数据的 时刻相关的条件"中的第一项至第五项条件的时刻,第二种时刻是仅仅满足上述"与决定 获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件"中的第六项条件的时刻,第三种时刻是同时 满足上述"与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件"中的第一项至第六项条件 的时刻;当获得索结构稳态温度数据的数学时刻就是本方法中实际记录数据时刻中的一个 时刻时,获得索结构稳态温度数据的时刻就是获得索结构稳态温度数据的数学时刻;如果 获得索结构稳态温度数据的数学时刻不是本方法中实际记录数据时刻中的任一个时刻,则 取本方法最接近于获得索结构稳态温度数据的数学时刻的那个实际记录数据的时刻为获 得索结构稳态温度数据的时刻;本方法将使用在获得索结构稳态温度数据的时刻测量记录 的量进行索结构相关健康监测分析;本方法近似认为获得索结构稳态温度数据的时刻的索 结构温度场处于稳态,即此时刻的索结构温度不随时间变化,此时刻就是本方法的"获得索 结构稳态温度数据的时刻";然后,根据索结构传热特性,利用获得索结构稳态温度数据的 时刻的"R个索结构表面温度实测数据"和"HBE个索结构沿厚度温度实测数据",利用索结 构的传热学计算模型,通过常规传热计算得到在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构 的温度分布,此时索结构的温度场按稳态进行计算,计算得到的在获得索结构稳态温度数 据的时刻的索结构的温度分布数据包括索结构上R个索结构表面点的计算温度,R个索结 构表面点的计算温度称为R个索结构稳态表面温度计算数据,还包括索结构在前面选定的 HBE个"测量索结构沿厚度的温度分布数据的点"的计算温度,HBE个"测量索结构沿厚度 的温度分布数据的点"的计算温度称为"HBE个索结构沿厚度温度计算数据",当R个索结 构表面温度实测数据与R个索结构稳态表面温度计算数据对应相等时,且"HBE个索结构沿 厚度温度实测数据"与"HBE个索结构沿厚度温度计算数据"对应相等时,计算得到的在获 得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布数据在本方法中称为"索结构稳态温度 数据",此时的"R个索结构表面温度实测数据"称为"R个索结构稳态表面温度实测数据", "HBE个索结构沿厚度温度实测数据"称为"HBE个索结构沿厚度稳态温度实测数据";在索 结构的表面上取"R个索结构表面点"时,"R个索结构表面点"的数量与分布必须满足三个 条件,第一个条件是当索结构温度场处于稳态时,当索结构表面上任意一点的温度是通过 "R个索结构表面点"中与索结构表面上该任意点相邻的点的实测温度线性插值得到时,线 性插值得到的索结构表面上该任意点的温度与索结构表面上该任意点的实际温度的误差 不大于5%;索结构表面包括支承索表面;第二个条件是"R个索结构表面点"中在同一海拔 高度的点的数量不小于4,且"R个索结构表面点"中在同一海拔高度的点沿着索结构表面 均布;"R个索结构表面点"沿海拔高度的所有两两相邻索结构表面点的海拔高度之差的绝 对值中的最大值Ah不大于0.2°C除以ATh得到的数值,为方便叙述取ATh的单位为°(: / m,为方便叙述取Ah的单位为m;"R个索结构表面点"沿海拔高度的两两相邻索结构表面 点的定义是指只考虑海拔高度时,在"R个索结构表面点"中不存在一个索结构表面点,该索 结构表面点的海拔高度数值介于两两相邻索结构表面点的海拔高度数值之间;第三个条件 是查询或按气象学常规计算得到索结构所在地和所在海拔区间的日照规律,再根据索结构 的几何特征及方位数据,在索结构上找到全年受日照时间最充分的那些表面点的位置,"R 个索结构表面点"中至少有一个索结构表面点是索结构上全年受日照时间最充分的那些表 面点中的一个点;
[0015]c.按照"本方法的索结构的温度测量计算方法"直接测量计算得到初始状态下的 索结构稳态温度数据,初始状态下的索结构稳态温度数据称为初始索结构稳态温度数据, 记为"初始索结构稳态温度数据向量T/ ;实测或查资料得到索结构所使用的各种材料的 随温度变化的物理和力学性能参数;在实测得到初始索结构稳态温度数据向量T。的同一 时刻,直接测量计算得到所有支承索的初始索力,组成初始索力向量Fci;依据包括索结构 设计数据、竣工数据在内的数据得到所有支承索在自由状态即索力为〇时的长度、在自由 状态时的横截面面积和在自由状态时的单位长度的重量,以及获得这三种数据时所有支承 索的温度,在此基础上利用所有支承索的随温度变化的物理性能参数和力学性能参数,按 照常规物理计算得到所有支承索在初始索结构稳态温度数据向量Tci条件下的索力为0时 所有支承索的长度、索力为〇时所有支承索的横截面面积以及索力为〇时所有支承索的单 位长度的重量,依次组成支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自 由单位长度的重量向量,支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自 由单位长度的重量向量的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的编号规则相同;在 实测得到T。的同时,也就是在获得初始索结构稳态温度数据向量T。的时刻的同一时刻,直 接测量计算得到初始索结构的实测数据,初始索结构的实测数据是包括索结构集中载荷测 量数据、索结构分布载荷测量数据、索结构体积载荷测量数据、索结构支座初始线位移测量 数据、所有被监测量的初始数值、所有支承索的初始索力数据、初始索结构模态数据、初始 索结构应变数据、初始索结构几何数据、初始索结构支座广义坐标数据、初始索结构角度数 据、初始索结构空间坐标数据在内的实测数据,在得到初始索结构的实测数据的同时,测量 计算得到包括支承索的无损检测数据在内的能够表达支承索的健康状态的数据,此时的能 够表达支承索的健康状态的数据称为支承索初始健康状态数据;所有被监测量的初始数值 组成被监测量初始数值向量C。,被监测量初始数值向量C。的编号规则与M个被监测量的编 号规则相同;利用支承索初始健康状态数据、索结构支座初始线位移测量数据以及索结构 载荷测量数据建立被评估对象初始损伤向量d。,向量d。表示用初始力学计算基准模型A。 表示的索结构的被评估对象的初始健康状态;被评估对象初始损伤向量d。的元素个数等于 N,d。的元素与被评估对象是--对应关系,向量d。的元素的编号规则与被评估对象的编号 规则相同;如果Clci的某一个元素对应的被评估对象是索系统中的一根支承索,那么Clci的该 元素的数值代表对应支承索的初始损伤程度,若该元素的数值为〇,表示该元素所对应的支 承索是完好的,没有损伤的,若其数值为1〇〇%,则表示该元素所对应的支承索已经完全丧 失承载能力,若其数值介于〇和100%之间,则表示该支承索丧失了相应比例的承载能力; 如果Clci的某一个元素对应的被评估对象是某一个支座的某一个线位移分量,那么Clci的该元 素的数值代表这个支座的该线位移分量的初始数值;如果d。的某一个元素对应的被评估对 象是某一个载荷,本方法中取Clci的该元素数值为0,代表这个载荷的变化的初始数值为0 ; 如果没有索结构支座初始线位移测量数据或者可以认为索结构支座初始线位移为〇时,向 量Clci中与索结构支座线位移相关的各元素数值取0 ;如果没有支承索的无损检测数据及其 他能够表达支承索的健康状态的数据时,或者可以认为结构初始状态为无损伤无松弛状态 时,向量d。中与支承索相关的各元素数值取0 ;初始索结构支座空间坐标数据指索结构设 计状态下的支座空间坐标数据,索结构支座初始线位移测量数据指在建立初始力学计算基 准模型Aci时,索结构支座相对于索结构设计状态下的支座所发生的线位移;
[0016] d.根据索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索初始健康状态 数据、索结构支座初始线位移测量数据、索结构集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量数 据、索结构体积载荷测量数据、索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能 参数、初始索结构稳态温度数据向量Tci和前面步骤得到的所有的索结构数据,建立计入"索 结构稳态温度数据"的索结构的初始力学计算基准模型Aci,基于Aci计算得到的索结构计算 数据必须非常接近其实测数据,其间的差异不得大于5% ;对应于Aci的"索结构稳态温度数 据"就是"初始索结构稳态温度数据向量T/;对应于Aci的被评估对象健康状态用被评估对 象初始损伤向量d。表示;对应于A。的所有被监测量的初始数值用被监测量初始数值向量C。 表示;Tci和d^是A^的参数,由A^的力学计算结果得到的所有被监测量的初始数值与C^表 示的所有被监测量的初始数值相同,因此也可以说Cci由A^的力学计算结果组成,在本方法 中Ac^Cci、d。和T。是不变的;
[0017] e.在本方法中,字母i除了明显地表示步骤编号的地方外,字母i仅表示循环次 数,即第i次循环;第i次循环开始时需要建立的或已建立的索结构的当前初始力学计算 基准模型记为当前初始力学计算基准模型A。Aci和A^计入了温度参数,可以计算温度变化 对索结构的力学性能影响;第i次循环开始时,对应于A1ci的"索结构稳态温度数据"用当前 初始索结构稳态温度数据向量T1。表示,向量T\的定义方式与向量T。的定义方式相同,T 的元素与T。的元素一一对应;第i次循环开始时需要的被评估对象当前初始损伤向量记为 d1。,d1。表示该次循环开始时索结构A的被评估对象的健康状态,d\的定义方式与d。的定 义方式相同,d1。的元素与d。的元素一一对应;第i次循环开始时,所有被监测量的初始值, 用被监测量当前初始数值向量C1。表示,向量Ci。的定义方式与向量C。的定义方式相同,C^ 的元素与C。的元素--对应,被监测量当前初始数值向量Ci。表示对应于Ai。的所有被监测 量的具体数值;T1JPd^是A\的特性参数,C\由A\的力学计算结果组成;第一次循环开 始时,A1。记为AI建立A1。的方法为使A等于A。;第一次循环开始时,T记为TI建立T1。 的方法为使T1。等于T。;第一次循环开始时,d\记为di。,建立d1。的方法为使d等于d。;第 一次循环开始时,C1。记为Ci。,建立C1。的方法为使Ci。等于C。;
[0018] f.从这里进入由第f步到第q步的循环;在结构服役过程中,按照"本方法的索结 构的温度测量计算方法"不断实测计算获得索结构稳态温度数据的当前数据,所有"索结构 稳态温度数据"的当前数据组成当前索结构稳态温度数据向量T1,向量T1的定义方式与向 量T。的定义方式相同,T1的元素与T。的元素--对应;在实测得到向量T1的同时,实测得 到在获得当前索结构稳态温度数据向量T1的时刻的同一时刻的索结构中所有被监测量的 当前值,所有这些数值组成被监测量当前数值向量C1,向量C1的定义方式与向量C^的定义 方式相同,C1的元素与Cci的元素一一对应,表示相同被监测量在不同时刻的数值;在实测得 到当前索结构稳态温度数据向量T1的同一时刻,实测得到索结构中所有M^艮支承索的索力 数据,所有这些索力数据组成当前索力向量F,向量F的元素与向量F。的元素的编号规则相 同;在实测得到当前索结构稳态温度数据向量T1的同一时刻,实测计算得到所有Mi根支承 索的两个支承端点的空间坐标,两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支 承端点水平距离,所有支承索的两个支承端点水平距离数据组成当前支承索两支承端点水 平距离向量,当前支承索两支承端点水平距离向量的元素的编号规则与初始索力向量F。的 元素的编号规则相同;
[0019] g.根据当前索结构稳态温度数据向量T1,按照步骤gl至g3更新当前初始力学计 算基准模型A1ci、被监测量当前初始数值向量C1c^P当前初始索结构稳态温度数据向量T。 而被评估对象当前初始损伤向量d1。保持不变;
[0020] gl•比较T1与Ti。,如果T1等于Ti。,则A1。、C1。和T\保持不变;否则需要按下列步 骤对U1。和T进行更新;
[0021] g2.计算T1与T^的差,T1与T^的差就是当前索结构稳态温度数据关于初始索结 构稳态温度数据的变化,T1与T。的差用稳态温度变化向量S表示,S等于T1减去T。,S表示 索结构稳态温度数据的变化;
[0022] g3.对A。中的索结构施加温度变化,施加的温度变化的数值就取自稳态温度变化 向量S,对Aci中的索结构施加的温度变化后得到更新的当前初始力学计算基准模型A\,更 新同时,T所有元素数值也用T1的所有元素数值对应代替,即更新了T,这样就得到 了正确地对应于T。此时d保持不变;当更新A后,A的索的健康状况用被评估对 象当前初始损伤向量d1。表示,A\的索结构稳态温度用当前索结构稳态温度数据向量T1表 示,更新C1。的方法是:当更新A\后,通过力学计算得到A\中所有被监测量的、当前的具体 数值,这些具体数值组成C1ci;
[0023] h.在当前初始力学计算基准模型A1。的基础上,按照步骤hi至步骤h4进行若干 次力学计算,通过计算建立单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1和被评估对象单位变化向 量D1u;
[0024] hi.在第i次循环开始时,直接按步骤h2至步骤h4所列方法获得AC1和D1u;在其 它时刻,当在步骤g中对A1ci进行更新后,必须按步骤h2至步骤h4所列方法重新获得AC1 和D1u,如果在步骤g中没有对A1c^J行更新,则在此处直接转入步骤i进行后续工作;
[0025] h2•在当前初始力学计算基准模型A1。的基础上进行若干次力学计算,计算次数数 值上等于所有被评估对象的数量N,有N个评估对象就有N次计算;依据被评估对象的编 号规则,依次进行计算;每一次计算假设只有一个被评估对象在原有损伤或载荷的基础上 再增加单位损伤或载荷单位变化,具体的,如果该被评估对象是索系统中的一根支承索,那 么就假设该支承索再增加单位损伤,如果该被评估对象是一个支座的一个方向的线位移分 量,就假设该支座在该位移方向再增加单位线位移,如果该被评估对象是一个载荷,就假设 该载荷再增加载荷单位变化,用D1uk记录这一增加的单位损伤或单位线位移或载荷单位变 化,其中k表示增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化的被评估对象的编号,D1uk是被 评估对象单位变化向量D1u的一个元素,被评估对象单位变化向量D\的元素的编号规则与 向量Clci的元素的编号规则相同;每一次计算中再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变 化的被评估对象不同于其它次计算中再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化的被 评估对象,每一次计算都利用力学方法计算索结构的所有被监测量的当前计算值,每一次 计算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被监测量计算当前向量;当假设第k个被 评估对象再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化时,用C1di表示对应的"被监测量计 算当前向量";在本步骤中给各向量的元素编号时,应同本方法中其它向量使用同一编号规 贝1J,以保证本步骤中各向量中的任意一个元素,同其它向量中的、编号相同的元素,表达了 同一被监测量或同一对象的相关信息;C1di的定义方式与向量C。的定义方式相同,C\的元 素与C。的元素一一对应;
[0026] h3.每一次计算得到的向量C1d^去向量C^得到一个向量,再将该向量的每一个 元素都除以本次计算所假设的单位损伤或单位线位移或载荷单位变化数值后得到一个"被 监测量的数值变化向量SC\" ;有N个被评估对象就有N个"被监测量的数值变化向量";
[0027] h4.由这N个"被监测量的数值变化向量"按照N个被评估对象的编号规则,依次组 成有N列的"单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1";单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1 的每一列对应于一个被监测量单位变化向量;单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1的每一 行对应于同一个被监测量在不同被评估对象增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化 时的不同的单位变化幅度;单位损伤被监测量数值变化矩阵△C1的列的编号规则与向量d。 的元素的编号规则相同,单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1的行的编号规则与M个被监 测量的编号规则相同;
[0028] i.定义当前名义损伤向量d1。和当前实际损伤向量d1,^和d1的元素个数等于被 评估对象的数量,d1。和d1的元素和被评估对象之间是一一对应关系,d丨的元素数值代表对 应被评估对象的名义损伤程度或名义线位移或名义载荷变化量,d1。和d1与被评估对象初 始损伤向量d。的元素编号规则相同,d1。的元素、d1的元素与d。的元素是一一对应关系;
[0029] j.依据被监测量当前数值向量C1同"被监测量当前初始数值向量CY'、"单位损伤 被监测量数值变化矩阵AC1"和"当前名义损伤向量d1。"间存在的近似线性关系,该近似线 性关系可表达为式1,式1中除d1。外的其它量均为已知,求解式1就可以算出当前名义损 伤向量d1。;
[0030] C=Cio+AC*dl式 1
[0031] k.利用式2表达的当前实际损伤向量d1的第k个元素(1\同被评估对象当前初始 损伤向量d1。的第k个元素d\和当前名义损伤向量d\的第k个元素d1J司的关系,计算 得到当前实际损伤向量d1的所有元素;
Figure CN105067347AD00231
[0033] 式2中k=l,2,3,……,N;向量d1的元素的编号规则与式⑴中向量d。的元素的 编号规则相同;Cl1k表示第i次循环中第k个被评估对象的当前实际健康状态,如果该被评 估对象是索系统中的一根支承索,那么Cl1k表示其当前健康问题的严重程度,有健康问题的 支承索可能是松弛索、也可能是受损索,(1\数值反应了该支承索的松弛或损伤的程度;如 果该被评估对象是一个支座的一个线位移分量,那么(1\表示其当前实际线位移数值;将被 评估对象当前实际损伤向量d1中与Q根支承索相关的Q个元素取出,组成支承索当前实际 损伤向量(T,支承索当前实际损伤向量(T的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的 编号规则相同;支承索当前实际损伤向量(T的第h个元素表示索结构中第h根支承索的当 前实际损伤量,h= 1,2, 3,…….,Q;支承索当前实际损伤向量(T中数值不为0的元素对应 于有健康问题的支承索,从这些有健康问题的支承索中鉴别出受损索,剩下的就是松弛索; 与受损索对应的支承索当前实际损伤向量(T中的元素的数值表达的是该受损索的当前实 际损伤,元素数值为100%时表示该支承索彻底丧失承载能力,介于0与100%之间时表示 丧失相应比例的承载能力;利用在当前索结构稳态温度数据向量T1条件下的、在第1步鉴 别出的松弛索及用支承索当前实际损伤向量(T表达的这些松弛索的、与其松弛程度力学 等效的当前实际等效损伤程度,利用在第f步获得的在当前索结构稳态温度数据向量T1条 件下的当前索力向量F1和当前支承索两支承端点水平距离向量,利用在第c步获得的在初 始索结构稳态温度数据向量T。条件下的支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积 向量和初始自由单位长度的重量向量、初始索力向量F。,利用当前索结构稳态温度数据向 量T1表示的支承索当前稳态温度数据,利用在第c步获得的在初始索结构稳态温度数据向 量Tci表示的支承索初始稳态温度数据,利用在第c步获得的索结构所使用的各种材料的随 温度变化的物理和力学性能参数,计入温度变化对支承索物理、力学和几何参数的影响,通 过将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际等效损伤程度等效的松弛 程度,力学等效条件是:一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参 数、密度及材料的力学特性参数相同;二、松弛或损伤后,两等效的松弛索和损伤索的索力 和变形后的总长相同;满足上述两个力学等效条件时,这样的两根支承索在索结构中的力 学功能就是完全相同的,即如果用等效的松弛索代替受损索后,索结构不会发生任何变化, 反之亦然;依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度,松弛程度就是支 承索自由长度的改变量,也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量;这样就实 现了支承索的松弛识别和损伤识别;计算时所需索力由当前索力向量F1对应元素给出;本 方法将受损索和松弛索统称为有健康问题的支承索,简称为问题索,至此本方法实现了问 题索和支座线位移的识别;
[0034] 1.在求得当前名义损伤向量d1。后,按照式3建立标识向量B\式4给出了标识向 量B1的第k个元素的定义;
[0035] Bi =I攻 * • * 砥•••B1J式 3
Figure CN105067347AD00241
[0037] 式4中元素B1k是标识向量B1的第k个元素,D、是被评估对象单位变化向量D\ 的第k个元素,Cl1di是被评估对象当前名义损伤向量d\的第k个元素,它们都表示第k个 被评估对象的相关信息,式4中k= 1,2, 3,......,N;
[0038] m.如果标识向量B1的元素全为0,则回到步骤f•继续本次循环;如果标识向量B1 的元素不全为0,则进入下一步、即步骤n;
[0039] n.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的被评估对象当前初始损伤向 量d1+1。的每一个元素;
Figure CN105067347AD00242
5中(11+、是下一次、即第i+1次循环所需的被评估对象当前初始损伤向量d,的第k个元 素,Cl1cik是本次、即第i次循环的被评估对象当前初始损伤向量d的第k个元素,D、是第 i次循环的被评估对象单位变化向量D1u的第k个元素,B\是第i次循环的标识向量B1的 第k个元素,式5中k= 1,2, 3,......,N;
[0041] 〇.取下一次、即第i+1次循环所需的当前初始索结构稳态温度数据向量T1'等于 第i次循环的当前初始索结构稳态温度数据向量T1。;
[0042] p.在初始力学计算基准模型A。的基础上,对A。中的索结构施加温度变化,施加的 温度变化的数值就取自稳态温度变化向量S,再令索的健康状况为d1'后得到的就是下一 次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型A1+1;得到A1+1后,通过力学计算得到A1+1中所 有被监测量的、当前的具体数值,这些具体数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测 量当前初始数值向量C1';
[0043] q•回到步骤f,开始下一次循环。
[0044] 有益效果:结构健康监测系统首先通过使用传感器对结构响应进行长期在线监 测,获得监测数据后对其进行在线(或离线)分析得到结构健康状态数据,由于结构的复杂 性,结构健康监测系统需要使用大量的传感器等设备进行结构健康监测,因此其造价通常 相当高,可以说造价问题也是制约结构健康监测技术应用的一个主要问题。另一方面,核心 被评估对象(例如斜拉索)的健康状态的正确识别是结构健康状态的正确识别的不可或缺 的组成部分,甚至是其全部,而次要被评估对象(例如结构承受的载荷)的变化(例如通过 斜拉桥的汽车的数量和质量的变化)的正确识别对索结构的健康状态的正确识别的影响 是微乎其微的,甚至是不需要的。但是次要被评估对象的数量与核心被评估对象的数量通 常是相当的,次要被评估对象的数量还常常大于核心被评估对象的数量,这样被评估对象 的数量常常是核心被评估对象的数量的多倍。在次要被评估对象(载荷)发生变化时,为 了准确识别核心被评估对象,常规方法要求被监测量(使用传感器等设备测量获得)的数 量必须大于等于被评估对象的数量,当发生变化的次要被评估对象的数量比较大时(实际 上经常如此),结构健康监测系统所需要的传感器等设备的数量是非常庞大的,因此结构健 康监测系统的造价就会变得非常高,甚至高得不可接受。幸好发明人研究发现,在次要被评 估对象(例如结构承受的正常载荷,结构的正常载荷是指结构正在承受的载荷不超过按照 结构设计书或结构竣工书所限定的结构许用载荷)变化较小时(对于载荷而言就是结构仅 仅承受正常载荷,结构承受的载荷是否是正常载荷,能够通过肉眼等方法观察确定,如果发 现结构承受的载荷不是正常载荷,那么人为去除、移除非正常载荷后,结构就只承受正常载 荷了),它们所引起的结构响应的变化幅度(本说明书称其为"次要响应")远小于核心被 评估对象的变化(例如支承索受损)所引起的结构响应的变化幅度(本说明书称其为"核 心响应"),次要响应与核心响应之和是结构响应的总变化(本说明书称其为"总体响应"), 显然核心响应在总体响应中占据主导地位,基于此发明人研究发现在确定被监测量数量时 即使选取稍大于核心被评估对象数量、但远小于被评估对象数量的数值(本方法就是这样 做的),也就是说即使采用数量相对少很多的传感器等设备,仍然可以准确获得核心被评估 对象的健康状态数据,满足结构健康状态监测的核心需求,因此本方法所建议的结构健康 监测系统的造价显而易见地比常规方法所要求的结构健康监测系统的造价低很多,也就是 说本方法能够以造价低得多的条件实现对索结构的核心被评估对象的健康状态的评估,这 种益处是对结构健康监测技术能否被采用是举足轻重的。
具体实施方式
[0045] 本方法采用一种算法,该算法用于识别核心被评估对象的健康状态。具体实施时, 下列步骤是可采取的各种步骤中的一种。
[0046] 第一步:首先确认索结构承受的可能发生变化的载荷的数量。根据索结构所承受 的载荷的特点,确认其中"所有可能发生变化的载荷",或者将所有的载荷视为"所有可能发 生变化的载荷",设共有JZW个可能发生变化的载荷,即共有JZW个次要被评估对象。设索结 构的支座线位移分量的数量、索结构的支承索的数量和JZW个"所有可能发生变化的载荷" 的数量之和为N,即共有N个被评估对象。给被评估对象连续编号,该编号在后续步骤中将 用于生成向量和矩阵。设被评估的支承索和支座线位移分量的数量之和为P,即核心被评估 对象的数量为P,设被评估的支座线位移分量的数量为Z。
[0047] 被监测的多类参量可以包括:索力、应变、角度和空间坐标,分别叙述如下:
[0048] 设索系统中共有Q根支承索,索结构的被监测的索力数据由索结构上乂个指定索 的M1个索力数据来描述,索结构索力的变化就是所有指定索的索力的变化。每次共有Mif 索力测量值或计算值来表征索结构的索力信息。M1是一个不小于0的整数。
[0049] 索结构的被监测的应变数据可由索结构上K2个指定点的、及每个指定点的L2个指 定方向的应变来描述,索结构应变数据的变化就是K2个指定点的所有被测应变的变化。每 次共有M2 (M2=K2XL2)个应变测量值或计算值来表征索结构应变。M2是一个不小于0的整 数。
[0050] 索结构的被监测的角度数据由索结构上K3个指定点的、过每个指定点的L3个指定 直线的、每个指定直线的氏个角度坐标分量来描述,索结构角度的变化就是所有指定点的、 所有指定直线的、所有指定的角度坐标分量的变化。每次共有M3(M3=K3XL3XH3)个角度 坐标分量测量值或计算值来表征索结构的角度信息。M3是一个不小于0的整数。
[0051 ] 索结构的被监测的形状数据由索结构上K4个指定点的、及每个指定点的L4个指定 方向的空间坐标来描述,索结构形状数据的变化就是K4个指定点的所有坐标分量的变化。 每次共有M4(M4= K4XL4)个坐标测量值或计算值来表征索结构形状。M4是一个不小于O的 整数。
[0052]综合上述被监测量,整个索结构共有M(M= 个被监测量,定义参量 K (K=MdKdK^K4),M不小于P加4。
[0053] 为方便起见,在本方法中将"索结构的被监测的所有参量"简称为"被监测量"。给 M个被监测量连续编号,该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本方法用用变量j表 示这一编号,j= 1,2, 3,…,M。
[0054] 按照技术方案和权利要求书中给出的方法,采用包括常规温度测量计算方法在内 的常规方法,确定"本方法的索结构的温度测量计算方法"。
[0055] 第二步:建立初始力学计算基准模型A。。
[0056] 在索结构竣工之时,或者在建立健康监测系统前,按照"本方法的索结构的温度测 量计算方法"测量计算得到"索结构稳态温度数据"(可以用常规温度测量方法测量,例如 使用热电阻测量),此时的"索结构稳态温度数据"用向量Tci表示,称为初始索结构稳态温 度数据向量Tci。在实测得到Tci的同时,使用常规方法直接测量计算得到索结构的所有被监 测量的初始数值,组成被监测量初始数值向量(;。
[0057] 本方法中可以具体按照下列方法在获得某某(例如初始或当前等)索结构稳态温 度数据向量的时刻的同一时刻,使用某某方法测量计算得到某某被测量量被监测量(例如 索结构的所有被监测量)的数据:在测量记录温度(包括索结构所在环境的气温、参考平板 的向阳面的温度和索结构表面温度)的同时,例如每隔10分钟测量记录一次温度,那么同 时同样也每隔10分钟测量记录某某被测量量被监测量(例如索结构的所有被监测量)的 数据。一旦确定了获得索结构稳态温度数据的时刻,那么与获得索结构稳态温度数据的时 刻同一时刻的某某被测量量被监测量(例如索结构的所有被监测量)的数据就称为在获得 索结构稳态温度数据的时刻的同一时刻,使用某某方法测量计算方法得到的某某被测量量 被监测量的数据。
[0058] 使用常规方法(查资料或实测)得到索结构所使用的各种材料的随温度变化的物 理参数(例如热膨胀系数)和力学性能参数(例如弹性模量、泊松比)。
[0059] 在实测得到T。的同时,直接测量计算得到所有支承索的初始索力,组成初始索力 向量Fci;依据索结构设计数据、竣工数据得到所有支承索在自由状态即索力为0时的长度、 在自由状态时的横截面面积和在自由状态时的单位长度的重量,以及获得这三种数据时所 有支承索的温度,在此基础上利用所有支承索的随温度变化的物理性能参数和力学性能参 数,按照常规物理计算得到所有支承索在T。条件下的索力为0时所有支承索的长度、索力 为〇时所有支承索的横截面面积以及索力为〇时所有支承索的单位长度的重量,依次组成 支承索的初始自由长度向量1。、初始自由横截面面积向量A。和初始自由单位长度的重量向 量《。,支承索的初始自由长度向量1。、初始自由横截面面积向量A。和初始自由单位长度的 重量向量《。的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的编号规则相同。
[0060] 在实测得到T。的同时,按照技术方案中规定的方法,使用常规方法实测计算得到 索结构的实测计算数据,其中初始索结构支座空间坐标数据指索结构设计状态下的支座空 间坐标数据,索结构支座初始线位移测量数据指在建立初始力学计算基准模型Aci时,索结 构支座相对于索结构设计状态下的支座所发生的线位移。索结构的初始几何数据可以是所 有索的端点的空间坐标数据加上结构上一系列的点的空间坐标数据,目的在于根据这些坐 标数据确定索结构的几何特征。利用支承索的无损检测数据等能够表达支承索的健康状态 的数据、索结构支座初始线位移测量数据以及索结构载荷测量数据建立被评估对象初始损 伤向量d。,用d。表示索结构(用初始力学计算基准模型A。表示)的被评估对象的初始健康 状态。如果没有支承索的无损检测数据及其他能够表达支承索的健康状态的数据时,或者 可以认为结构初始状态为无损伤无松弛状态时,向量d。的中与支承索相关的各元素数值取 〇 ;如果没有索结构支座初始线位移测量数据或者可以认为索结构支座初始线位移为〇时, 向量d。的中与索结构支座线位移相关的各元素数值取O;如果d。的某一个元素对应的被评 估对象是某一个载荷,本方法中取Clci的该元素数值为0,代表这个载荷的变化的初始数值为 〇。利用索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索的无损检测数据、索结构 所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数和初始索结构稳态温度数据向量 T。,利用力学方法(例如有限元法)计入"索结构稳态温度数据"建立初始力学计算基准模 型A。。模型A。中支承索的健康状态用被评估对象初始损伤向量d。表示,索结构稳态温度数 据用初始索结构稳态温度数据向量Tci表示。由于基于A^计算得到所有被监测量的计算数 值非常接近所有被监测量的初始数值(实测得到),所以也可以用在Aci的基础上、进行力学 计算得到的、Aci的每一个被监测量的计算数值组成被监测量初始数值向量C^。对应于Aci的 "索结构稳态温度数据"就是"初始索结构稳态温度数据向量T/ ;对应于Aci的被评估对象 健康状态用被评估对象初始损伤向量Clci表示;对应于Aci的所有被监测量的初始数值用被监 测量初始数值向量C。表示。T。和d。是A。的参数,C。由A。的力学计算结果组成。
[0061] 第三步:在本方法中,字母i除了明显地表示步骤编号的地方外,字母i仅表示循 环次数,即第i次循环;第i次循环开始时需要建立的或已建立的索结构的当前初始力学计 算基准模型记为当前初始力学计算基准模型A。Aci和A^计入了温度参数,可以计算温度变 化对索结构的力学性能影响;第i次循环开始时,对应于A1ci的"索结构稳态温度数据"用当 前初始索结构稳态温度数据向量T1。表示,向量T\的定义方式与向量T。的定义方式相同, T1。的元素与T。的元素一一对应;第i次循环开始时需要的被评估对象当前初始损伤向量 记为d1。,d1。表示该次循环开始时索结构A\的被评估对象的健康状态,d\的定义方式与d。 的定义方式相同,d1。的元素与d。的元素一一对应;第i次循环开始时,所有被监测量的初 始值,用被监测量当前初始数值向量C1ci表示,向量C的定义方式与向量C^的定义方式相 同,C1。的元素与C。的元素--对应,被监测量当前初始数值向量Ci。表示对应于Ai。的所有 被监测量的具体数值;T1JPd^是A\的特性参数;C\由A^的力学计算结果组成;第一次 循环开始时,A1。记为A建立A1。的方法为使A等于A。;第一次循环开始时,T\记为TI 建立T1。的方法为使Ti。等于T。;第一次循环开始时,d\记为di。,建立d1。的方法为使di。等 于d。;第一次循环开始时,C\记为C。建立C1。的方法为使C等于C。。
[0062] 第四步:安装索结构健康监测系统的硬件部分。硬件部分至少包括:被监测量监 测系统(例如含角度测量分系统、索力测量分系统、应变测量分系统、空间坐标测量分系 统、信号调理器等)、索结构温度监测系统(含温度传感器、信号调理器等)和索结构环境温 度测量系统(含温度传感器、信号调理器等)、支承索索力监测系统、支承索的支承端点的 空间坐标监测系统、信号(数据)采集器、计算机和通信报警设备。每一个被监测量、每一 个温度、每一根支承索的索力、每一根支承索的支承端点的空间坐标都必须被监测系统监 测到,监测系统将监测到的信号传输到信号(数据)采集器;信号经信号采集器传递到计算 机;计算机则负责运行索结构的被评估对象的健康监测软件,包括记录信号采集器传递来 的信号;当监测到被评估对象健康状态有变化时,计算机控制通信报警设备向监控人员、业 主和(或)指定的人员报警。
[0063] 第五步:编制并在计算机上安装运行本方法的系统软件,该软件将完成本方法任 务所需要的监测、记录、控制、存储、计算、通知、报警等功能(即本具体实施方法中所有可 以用计算机完成的工作)。
[0064] 第六步:由此步开始循环运作,在结构服役过程中,按照"本方法的索结构的温度 测量计算方法"不断实测计算获得索结构稳态温度数据的当前数据,所有"索结构稳态温度 数据"的当前数据组成当前索结构稳态温度数据向量T1,向量T1的定义方式与向量T^的定 义方式相同,T1的元素与T^的元素一一对应;在实测得到向量T1的同时:1.实测得到索结 构中所有被监测量的当前值,所有这些数值组成被监测量当前数值向量C1,向量C1的定义 方式与向量C。的定义方式相同,C1的元素与C。的元素-对应,表示相同被监测量在不同 时刻的数值;2.实测得到索结构中所有1根支承索的索力数据,所有这些索力数据组成当 前索力向量F1,向量F的元素与向量F。的元素的编号规则相同;3.实测计算得到所有^根 支承索的两个支承端点的空间坐标,两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两 个支承端点水平距离,所有M1根支承索的两个支承端点水平距离数据组成当前支承索两支 承端点水平距离向量I1x,当前支承索两支承端点水平距离向量込的元素的编号规则与初 始索力向量F。的元素的编号规则相同。
[0065] 第七步:在得到当前索结构稳态温度数据向量T1后,比较T1和T。如果T1等于T1ci, 则不需要对A1ciX1JPT1JJ行更新,否则需要对当前初始力学计算基准模型A、当前初始索 结构稳态温度数据向量T1JP被监测量当前初始数值向量C^进行更新,而被评估对象当前 初始损伤向量(^保持不变,更新方法按技术方案和权利要求书规定步骤进行。
[0066] 第八步:在当前初始力学计算基准模型A1。的基础上,按照技术方案和权利要求书 规定步骤进行若干次力学计算,通过计算建立单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1和被评 估对象单位变化向量D1u,具体的,单位损伤可以取5 %、10 %、20 %或30 %等损伤为单位损 伤),如果该被评估对象是一个支座的一个方向的线位移分量,就假设该支座在该位移方向 在向量d1。表示的该支座已有线位移的基础上再发生单位线位移(例如2mm, 5mm,IOmm等 为单位线位移),如果该被评估对象是一个载荷,就假设该载荷在向量(^表示的该载荷已 有变化量的基础上再增加载荷单位变化(如果该载荷是分布载荷,且该分布载荷是线分布 载荷,载荷单位变化可以取11<^/111、21^/111、31^/1]1或11^111/111、21^111/111、31^111/1]1等为单位变化; 如果该载荷是分布载荷,且该分布载荷是是面分布载荷,载荷单位变化可以取lMPa、2MPa、 3MPa或lkNm/m2、2kNm/m2、3kNm/m2等为单位变化;如果该载荷是集中载荷,且该集中载荷是 力偶,载荷单位变化可以取lkNm、2kNm、3kNm等为单位变化;如果该载荷是集中载荷,且该 集中载荷是集中力,载荷单位变化可以取lkN、2kN、3kN等为单位变化;如果该载荷是体积 载荷,载荷单位变化可以取11^/1113、21^/1]1 3、31^/1113等为单位变化)。
[0067] 第九步:建立线性关系误差向量e1和向量g\利用前面的数据("被监测量当前 初始数值向量C1/、"单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"),在第八步进行每一次计算的 同时,即在每一次计算假设被评估对象中只有一个被评估对象的增加单位损伤或单位线位 移或载荷单位变化的同时,当假设第k(k= 1,2, 3,......,N)个被评估对象增加单位损伤或 单位线位移或载荷单位变化时,每一次计算组成一个损伤向量,用(1\表示该损伤向量,对 应的被监测量计算当前向量为C1tk (参见第八步),损伤向量(I1tk的元素个数等于被评估对 象的数量,向量Cl1tk的所有元素中只有一个元素的数值取每一次计算中假设增加单位损伤 或单位线位移或载荷单位变化的被评估对象的单位损伤或单位线位移或载荷单位变化值, Cl1tk的其它元素的数值取0,那个不为O的元素的编号与假定增加单位损伤或单位线位移或 载荷单位变化的被评估对象的对应关系、同其他向量的同编号的元素同该被评估对象的对 应关系是相同的;Cl1tk与被评估对象初始损伤向量d。的元素编号规则相同,d\的元素与d。 的元素是一一对应关系。将C1tkXVAC\crtk带入式(1),得到一个线性关系误差向量e1,, 每一次计算得到一个线性关系误差向量eie1,的下标k表示第k(k= 1,2, 3,……,N)个 被评估对象增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化。有N个被评估对象就有N次计算, 就有N个线性关系误差向量,将这N个线性关系误差向量相加后得到一个向量,将此 向量的每一个元素除以N后得到的新向量就是最终的线性关系误差向量e1。向量g1等于 最终的误差向量e1。将向量g1保存在运行健康监测系统软件的计算机硬盘上,供健康监测 系统软件使用。
[0068] + 〇 (1)
[0069] 第十步:定义当前名义损伤向量d1。和当前实际损伤向量d\d1。和d1的元素个数 等于被评估对象的数量,d1。和d1的元素和被评估对象之间是一一对应关系,d1。和d1的元 素数值代表对应被评估对象的损伤程度或线位移量或载荷变化程度,d1。和d1与被评估对 象初始损伤向量d。的元素编号规则相同,d1。的元素、d1的元素与d。的元素是一一对应关 系。
[0070] 第十一步:依据被监测量当前数值向量C1同"被监测量当前初始数值向量CY'、 "单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"和"当前名义损伤向量d1。"间存在的近似线性关 系,该近似线性关系可表达为式(2),按照多目标优化算法计算当前名义损伤向量d1。的非 劣解,也就是带有合理误差、但可以比较准确地反映被评估对象的健康状态的变化的解。
[0071] C =C;+AC!*< (2)
[0072] 可以采用多目标优化算法中的目标规划法(GoalAttainmentMethod)求解得到 当前名义损伤向量d1。。
[0073] 第十二步:依据当前实际损伤向量d1的定义和其元素的定义计算得到当前实际损 伤向量d1的每一个元素,从而可由d1确定被评估对象的健康状态。被评估对象当前实际损 伤向量d1的第k个元素d\表示第i次循环中第k个被评估对象的当前实际健康状态。
[0074] Cl1k表示第i次循环中第k个被评估对象的当前实际健康状态:1.如果该被评估对 象是索系统中的一根支承索,那么(1\表示其当前实际损伤,(1\为0时表示其对应的支承索 无健康问题,(1\数值不为0时表示其对应的支承索是有健康问题的支承索,有健康问题的 支承索可能是松弛索、也可能是受损索,其数值反应了松弛或损伤的程度;2.如果该被评 估对象是一个支座的一个线位移分量,那么(1\表示其当前实际线位移数值。
[0075] 将被评估对象当前实际损伤向量d1中与支承索相关的Q个元素取出,组成支承索 当前实际损伤向量(T,支承索当前实际损伤向量(T的元素的编号规则与初始索力向量F。 的元素的编号规则相同。支承索当前实际损伤向量cT的第h个元素表示索结构中第h根 支承索的当前实际损伤量,h= 1,2, 3,…….,Q;支承索当前实际损伤向量(T中数值不为O 的元素对应于有健康问题的支承索,使用无损检测方法从这些有健康问题的支承索中鉴别 出受损索,鉴别后那些没有发现损伤的、有健康问题的支承索就是发生了松弛的索,就是需 调整索力的索,就是松弛索,这些需调整索力的索在支承索当前实际损伤向量(T中所对应 的元素数值(例如其中一个元素可用(Th表示)表示与这些支承索的松弛程度力学等效的 损伤程度,由此就确定了松弛索,具体松弛量的计算方法在下面说明。与受损索对应的支承 索当前实际损伤向量(T中的元素的数值表达的是该受损索的当前实际损伤,元素数值为 100%时表示该支承索彻底丧失承载能力,介于O与100%之间时表示丧失相应比例的承载 能力;依据支承索当前实际损伤向量(T,从有健康问题的支承索中鉴别出松弛索后,剩下 的就是受损索,这些受损索在支承索当前实际损伤向量(T中对应的元素的数值就表示其 损伤程度,对应元素的数值为1〇〇 %时表示该支承索彻底丧失承载能力,介于〇与1〇〇 %之 间时表示该支承索丧失相应比例的承载能力,至此便识别出了受损索及其损伤程度。
[0076] 利用支承索当前实际损伤向量cT表达的松弛索的与其松弛程度力学等效的当前 实际等效损伤程度,具体地可以依据式(3)可以求得这些索的松弛程度(即索长调整量)。 这样就实现了支承索的松弛识别。至此便全部识别了受损索和松弛索。
Figure CN105067347AD00301
[0078] 式(3)中£\是在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量T 表示时,第h根支承索的弹性模量,六\是在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态 温度数据向量T1ci表示时,第h根支承索的横截面面积,F\是在索结构的稳态温度数据用当 前初始索结构稳态温度数据向量T1。表示时,第h根支承索的当前索力,(T1h是第h根支承索 的当前实际损伤程度,是在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向 量T1。表示时,第h根支承索的单位长度的重量,1 \是在索结构的稳态温度数据用当前初 始索结构稳态温度数据向量T1ci表示时,第h根支承索的两个支承端点的水平距离,1 \是 当前支承索两支承端点水平距离向量I1x的一个元素,当前支承索两支承端点水平距离向 量I1x的元素的编号规则与初始自由长度向量1。的元素的编号规则相同,E\可以根据查或 实测第h根支承索的材料特性数据得到,A1JPco\可以根据第h根支承索的热膨胀系数、 ADh、《 F\、T。和T\通过常规物理和力学计算得到。
[0079] 第十三步:健康监测系统中的计算机定期自动或由人员操作健康监测系统生成索 系统健康情况报表。
[0080] 第十四步:在指定条件下,健康监测系统中的计算机自动操作通信报警设备向监 控人员、业主和(或)指定的人员报警。
[0081] 第十五步:建立标识向量B1,如果标识向量B1的元素全为0,则回到第六步继续进 行对索系统的健康监测和计算;如果标识向量B1的元素不全为0,则完成后续步骤后,进入 下一次循环。
[0082] 第十六步:计算得到下一次(即第i+1次,i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的初始损伤 向量d1+1。的每一个元素cT'^k= 1,2,3,……,N);在初始力学计算基准模型A。的基础上, 对A。中的索结构施加温度变化,施加的温度变化的数值就取自稳态温度变化向量S,再令索 的健康状况为d1'后得到的就是下一次、即第i+1次(i= 1,2, 3, 4,一)循环所需的力学 计算基准模型A1+1;下一次(即第i+1次,i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的当前初始索结构稳 态温度数据向量T1'等于T。得到Y'd1'和T后,通过力学计算得到A1+1中所有被监 测量的、当前的具体数值,这些具体数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量当前 初始数值向量C1+1。。
[0083] 第十七步:回到第六步,开始由第六步到第十七步的循环。

Claims (1)

1.精简混合监测问题索载荷线位移递进式识别方法,其特征在于所述方法包括: a.当索结构承受的载荷虽有变化,但索结构正在承受的载荷没有超出索结构初始许用 载荷时,本方法适用;索结构初始许用载荷指索结构在竣工时的许用载荷,能够通过常规力 学计算获得;本方法统一称被评估的支座线位移分量、支承索和载荷为被评估对象,设被评 估的支座线位移分量的数量、支承索的数量和载荷的数量之和为N,即被评估对象的数量为 N ;确定被评估对象的编号规则,按此规则将索结构中所有的被评估对象编号,该编号在后 续步骤中将用于生成向量和矩阵;本方法用变量k表示这一编号,k = 1,2, 3,…,N ;本方法 用名称"核心被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的支承索和支座线位移分量,设 被评估的支承索和支座线位移分量的数量之和为P,即核心被评估对象的数量为P,本方法 用名称"次要被评估对象"专指"被评估对象"中的被评估的载荷;确定混合监测时指定的 将被监测索力的支承索,设索系统中共有Q根支承索,索结构的被监测的索力数据由索结 构上M 1个指定支承索的^个索力数据来描述,索结构索力的变化就是所有指定支承索的索 力的变化;每次共有M1个索力测量值或计算值来表征索结构的索力信息W 1是一个不小于 O不大于Q的整数;确定混合监测时指定的将被监测应变的被测量点,索结构的被监测的应 变数据可由索结构上K2个指定点的、及每个指定点的L 2个指定方向的应变来描述,索结构 应变数据的变化就是K2个指定点的所有被测应变的变化;每次共有M 2个应变测量值或计 算值来表征索结构应变,M2S K 2和L 2之积;M 2是不小于O的整数;确定混合监测时指定的 将被监测角度的被测量点,索结构的被监测的角度数据由索结构上K 3个指定点的、过每个 指定点的L3个指定直线的、每个指定直线的1个角度坐标分量来描述,索结构角度的变化 就是所有指定点的、所有指定直线的、所有指定的角度坐标分量的变化;每次共有1个角度 坐标分量测量值或计算值来表征索结构的角度信息,M 3SK 3、LjP H3之积;M3是一个不小 于O的整数;确定混合监测时指定的将被监测的形状数据,索结构的被监测的形状数据由 索结构上K 4个指定点的、及每个指定点的1^4个指定方向的空间坐标来描述,索结构形状数 据的变化就是K 4个指定点的所有坐标分量的变化;每次共有M 4个坐标测量值或计算值来 表征索结构形状,M4S K 4和L 4之积;M 4是一个不小于O的整数;综合上述混合监测的被监 测量,整个索结构共有M个被监测量,M为吣、M2、MjP M 4之和,定义参量K,K为M i、K2、1(3和 K4之和,M应当大于P,M小于N ;为方便起见,在本方法中将本步所列出的M个被监测量简 称为"被监测量";本方法中对同一个量实时监测的任何两次测量之间的时间间隔不得大于 30分钟,测量记录数据的时刻称为实际记录数据时刻;物体、结构承受的外力可称为载荷, 载荷包括面载荷和体积载荷;面载荷又称表面载荷,是作用于物体表面的载荷,包括集中载 荷和分布载荷两种;体积载荷是连续分布于物体内部各点的载荷,包括物体的自重和惯性 力在内;集中载荷分为集中力和集中力偶两种,在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中, 一个集中力可以分解成三个分量,同样的,一个集中力偶也可以分解成三个分量,如果载荷 实际上是集中载荷,在本方法中将一个集中力分量或一个集中力偶分量计为或统计为一个 载荷,此时载荷的变化具体化为一个集中力分量或一个集中力偶分量的变化;分布载荷分 为线分布载荷和面分布载荷,分布载荷的描述至少包括分布载荷的作用区域和分布载荷的 大小,分布载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果载荷实 际上是分布载荷,本方法谈论载荷的变化时,实际上是指分布载荷分布集度的幅值的改变, 而所有分布载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的;在包括笛卡尔直角坐标系在 内的坐标系中,一个分布载荷可以分解成三个分量,如果这分布载荷的三个分量的各自的 分布集度的幅值发生变化,且变化的比率不全部相同,那么在本方法中把这分布载荷的三 个分量计为或统计为三个分布载荷,此时一个载荷就代表分布载荷的一个分量;体积载荷 是连续分布于物体内部各点的载荷,体积载荷的描述至少包括体积载荷的作用区域和体积 载荷的大小,体积载荷的大小用分布集度来表达,分布集度用分布特征和幅值来表达;如果 载荷实际上是体积载荷,在本方法中实际处理的是体积载荷分布集度的幅值的改变,而所 有体积载荷的作用区域和分布集度的分布特征是不变的,此时在本方法中提到载荷的改变 时实际上是指体积载荷的分布集度的幅值的改变,此时,发生变化的载荷是指那些分布集 度的幅值发生变化的体积载荷;在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个体积载荷 可以分解成三个分量,如果这体积载荷的三个分量的各自的分布集度的幅值发生变化,且 变化的比率不全部相同,那么在本方法中把这体积载荷的三个分量计为或统计为三个分布 载荷; b.本方法定义"本方法的索结构的温度测量计算方法"按步骤bl至b3进行; bl :查询或实测得到索结构组成材料及索结构所处环境的随温度变化的传热学参数, 利用索结构的设计图、竣工图和索结构的几何实测数据,利用这些数据和参数建立索结构 的传热学计算模型;查询索结构所在地不少于2年的近年来的气象资料,统计得到这段时 间内的阴天数量记为T个阴天,在本方法中将白天不能见到太阳的一整日称为阴天,统计 得到T个阴天中每一个阴天的O时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温与最低气温, 日出时刻是指根据地球自转和公转规律确定的气象学上的日出时刻,不表示当天一定可以 看见太阳,能够查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日出时刻,每一个阴 天的0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温减去最低气温称为该阴天的日气温的 最大温差,有T个阴天,就有T个阴天的日气温的最大温差,取T个阴天的日气温的最大温 差中的最大值为参考日温差,参考日温差记为A Ί;;查询索结构所在地和所在海拔区间不 少于2年的近年来的气象资料或实测得到索结构所处环境的温度随时间和海拔高度的变 化数据和变化规律,计算得到索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的索结构 所处环境的温度关于海拔高度的最大变化率A Th,为方便叙述取ATh的单位为°C /m;在索 结构的表面上取"R个索结构表面点",取"R个索结构表面点"的具体原则在步骤b3中叙述, 后面将通过实测得到这R个索结构表面点的温度,称实测得到的温度数据为"R个索结构表 面温度实测数据",如果是利用索结构的传热学计算模型,通过传热计算得到这R个索结构 表面点的温度,就称计算得到的温度数据为"R个索结构表面温度计算数据";从索结构所处 的最低海拔到最高海拔之间,在索结构上均布选取不少于三个不同的海拔高度,在每一个 选取的海拔高度处、在水平面与索结构表面的交线处至少选取两个点,从选取点处引索结 构表面的外法线,所有选取的外法线方向称为"测量索结构沿壁厚的温度分布的方向",测 量索结构沿壁厚的温度分布的方向与"水平面与索结构表面的交线"相交,在选取的测量索 结构沿壁厚的温度分布的方向中必须包括索结构的向阳面外法线方向和索结构的背阴面 外法线方向,沿每一个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中均布选取不少于三 个点,对于支承索沿每一个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向仅仅取一个点,仅仅测量 支承索的表面点的温度,测量所有被选取点的温度,测得的温度称为"索结构沿厚度的温度 分布数据",其中沿与同一"水平面与索结构表面的交线"相交的、"测量索结构沿壁厚的温 度分布的方向"测量获得的"索结构沿厚度的温度分布数据",在本方法中称为"相同海拔高 度索结构沿厚度的温度分布数据",设选取了 H个不同的海拔高度,在每一个海拔高度处,选 取了 B个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向,沿每个测量索结构沿壁厚的温度分布的方 向在索结构中选取了 E个点,其中H和E都不小于3,B不小于2,对于支承索E等于1,计索 结构上"测量索结构沿厚度的温度分布数据的点"的总数为HBE个,后面将通过实测得到这 HBE个"测量索结构沿厚度的温度分布数据的点"的温度,称实测得到的温度数据为"HBE个 索结构沿厚度温度实测数据",如果是利用索结构的传热学计算模型,通过传热计算得到这 HBE个测量索结构沿厚度的温度分布数据的点的温度,就称计算得到的温度数据为"HBE个 索结构沿厚度温度计算数据";在索结构所在地按照气象学测量气温要求选取一个位置,将 在此位置实测得到符合气象学测量气温要求的索结构所在环境的气温;在索结构所在地的 空旷无遮挡处选取一个位置,该位置应当在全年的每一日都能得到该地所能得到的该日的 最充分的日照,在该位置安放一块碳钢材质的平板,称为参考平板,参考平板与地面不可接 触,参考平板离地面距离不小于1. 5米,该参考平板的一面向阳,称为向阳面,参考平板的 向阳面是粗糙的和深色的,参考平板的向阳面应当在全年的每一日都能得到一块平板在该 地所能得到的该日的最充分的日照,参考平板的非向阳面覆有保温材料,将实时监测得到 参考平板的向阳面的温度; b2 :实时监测得到上述R个索结构表面点的R个索结构表面温度实测数据,同时实时 监测得到前面定义的索结构沿厚度的温度分布数据,同时实时监测得到符合气象学测量气 温要求的索结构所在环境的气温数据;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后 30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据序列,索结构所在环境的气温实测数据序列 由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据按照时 间先后顺序排列,找到索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度和最低温度,用 索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到索结构所在环境的 当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差,称为环境最大温差,记为△ T_x; 由索结构所在环境的气温实测数据序列通过常规数学计算得到索结构所在环境的气温关 于时间的变化率,该变化率也随着时间变化;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出 时刻后30分钟之间的参考平板的向阳面的温度的实测数据序列,参考平板的向阳面的温 度的实测数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的参考平板的向阳面的 温度的实测数据按照时间先后顺序排列,找到参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中 的最高温度和最低温度,用参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中的最高温度减去最 低温度得到参考平板的向阳面的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最 大温差,称为参考平板最大温差,记为A Tpniax;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出 时刻后30分钟之间的所有R个索结构表面点的索结构表面温度实测数据序列,有R个索结 构表面点就有R个索结构表面温度实测数据序列,每一个索结构表面温度实测数据序列由 一个索结构表面点的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构表面温度实测 数据按照时间先后顺序排列,找到每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度和最 低温度,用每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到每一个索 结构表面点的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差,有R个索结 构表面点就有R个当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差数值,其中的最 大值称为索结构表面最大温差,记为A Ts_;由每一索结构表面温度实测数据序列通过常 规数学计算得到每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率,每一个索结构表面点的温 度关于时间的变化率也随着时间变化;通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后 30分钟之间的、在同一时刻、HBE个"索结构沿厚度的温度分布数据"后,计算在每一个选取 的海拔高度处共计BE个"相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据"中的最高温度与最 低温度的差值,这个差值的绝对值称为"相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差",选取 了 H个不同的海拔高度就有H个"相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差",称这H个"相 同海拔高度处索结构厚度方向最大温差"中的最大值为"索结构厚度方向最大温差",记为 Δ Ttmax; b3 :测量计算获得索结构稳态温度数据;首先,确定获得索结构稳态温度数据的时刻, 与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件有六项,第一项条件是获得索结构稳态 温度数据的时刻介于当日日落时刻到次日日出时刻后30分钟之间,日落时刻是指根据地 球自转和公转规律确定的气象学上的日落时刻,能够查询资料或通过常规气象学计算得到 所需的每一日的日落时刻;第二项条件的a条件是在当日日出时刻到次日日出时刻后30分 钟之间的这段时间内,参考平板最大温差AT pniaJP索结构表面最大温差ATsnia3JP不大于5 摄氏度;第二项条件的b条件是在当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的这段时间 内,在前面测量计算得到的环境最大温差ΔΤ_ Χ不大于参考日温差ΔΊ\,且参考平板最大 温差ATpnax减去2摄氏度后不大于Δ T _χ,且索结构表面最大温差ATsnax不大于ATpnax;只 需满足第二项的a条件和b条件中的一项就称为满足第二项条件;第三项条件是在获得索 结构稳态温度数据的时刻,索结构所在环境的气温关于时间的变化率的绝对值不大于每小 时〇. 1摄氏度;第四项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,R个索结构表面点中的每 一个索结构表面点的温度关于时间的变化率的绝对值不大于每小时〇. 1摄氏度;第五项条 件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,R个索结构表面点中的每一个索结构表面点的索 结构表面温度实测数据为当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的极小值;第六项 条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻,"索结构厚度方向最大温差" A Ttniax不大于1摄 氏度;本方法利用上述六项条件,将下列三种时刻中的任意一种称为"获得索结构稳态温度 数据的数学时刻",第一种时刻是满足上述"与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的 条件"中的第一项至第五项条件的时刻,第二种时刻是仅仅满足上述"与决定获得索结构稳 态温度数据的时刻相关的条件"中的第六项条件的时刻,第三种时刻是同时满足上述"与决 定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件"中的第一项至第六项条件的时刻;当获得 索结构稳态温度数据的数学时刻就是本方法中实际记录数据时刻中的一个时刻时,获得索 结构稳态温度数据的时刻就是获得索结构稳态温度数据的数学时刻;如果获得索结构稳态 温度数据的数学时刻不是本方法中实际记录数据时刻中的任一个时刻,则取本方法最接近 于获得索结构稳态温度数据的数学时刻的那个实际记录数据的时刻为获得索结构稳态温 度数据的时刻;本方法将使用在获得索结构稳态温度数据的时刻测量记录的量进行索结构 相关健康监测分析;本方法近似认为获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构温度场处于 稳态,即此时刻的索结构温度不随时间变化,此时刻就是本方法的"获得索结构稳态温度数 据的时刻";然后,根据索结构传热特性,利用获得索结构稳态温度数据的时刻的"R个索结 构表面温度实测数据"和"HBE个索结构沿厚度温度实测数据",利用索结构的传热学计算模 型,通过常规传热计算得到在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布,此时 索结构的温度场按稳态进行计算,计算得到的在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构 的温度分布数据包括索结构上R个索结构表面点的计算温度,R个索结构表面点的计算温 度称为R个索结构稳态表面温度计算数据,还包括索结构在前面选定的HBE个"测量索结 构沿厚度的温度分布数据的点"的计算温度,HBE个"测量索结构沿厚度的温度分布数据的 点"的计算温度称为"HBE个索结构沿厚度温度计算数据",当R个索结构表面温度实测数据 与R个索结构稳态表面温度计算数据对应相等时,且"HBE个索结构沿厚度温度实测数据" 与"HBE个索结构沿厚度温度计算数据"对应相等时,计算得到的在获得索结构稳态温度数 据的时刻的索结构的温度分布数据在本方法中称为"索结构稳态温度数据",此时的"R个 索结构表面温度实测数据"称为"R个索结构稳态表面温度实测数据","HBE个索结构沿厚 度温度实测数据"称为"HBE个索结构沿厚度稳态温度实测数据";在索结构的表面上取"R 个索结构表面点"时,"R个索结构表面点"的数量与分布必须满足三个条件,第一个条件是 当索结构温度场处于稳态时,当索结构表面上任意一点的温度是通过"R个索结构表面点" 中与索结构表面上该任意点相邻的点的实测温度线性插值得到时,线性插值得到的索结构 表面上该任意点的温度与索结构表面上该任意点的实际温度的误差不大于5% ;索结构表 面包括支承索表面;第二个条件是"R个索结构表面点"中在同一海拔高度的点的数量不小 于4,且"R个索结构表面点"中在同一海拔高度的点沿着索结构表面均布;"R个索结构表 面点"沿海拔高度的所有两两相邻索结构表面点的海拔高度之差的绝对值中的最大值Ah 不大于0.2°C除以ATh得到的数值,为方便叙述取ATh的单位为°C/m,为方便叙述取Ah 的单位为m ;"R个索结构表面点"沿海拔高度的两两相邻索结构表面点的定义是指只考虑 海拔高度时,在" R个索结构表面点"中不存在一个索结构表面点,该索结构表面点的海拔高 度数值介于两两相邻索结构表面点的海拔高度数值之间;第三个条件是查询或按气象学常 规计算得到索结构所在地和所在海拔区间的日照规律,再根据索结构的几何特征及方位数 据,在索结构上找到全年受日照时间最充分的那些表面点的位置,"R个索结构表面点"中至 少有一个索结构表面点是索结构上全年受日照时间最充分的那些表面点中的一个点; c.按照"本方法的索结构的温度测量计算方法"直接测量计算得到初始状态下的索结 构稳态温度数据,初始状态下的索结构稳态温度数据称为初始索结构稳态温度数据,记为 "初始索结构稳态温度数据向量T/ ;实测或查资料得到索结构所使用的各种材料的随温度 变化的物理和力学性能参数;在实测得到初始索结构稳态温度数据向量T。的同一时刻,直 接测量计算得到所有支承索的初始索力,组成初始索力向量F ci;依据包括索结构设计数据、 竣工数据在内的数据得到所有支承索在自由状态即索力为〇时的长度、在自由状态时的横 截面面积和在自由状态时的单位长度的重量,以及获得这三种数据时所有支承索的温度, 在此基础上利用所有支承索的随温度变化的物理性能参数和力学性能参数,按照常规物理 计算得到所有支承索在初始索结构稳态温度数据向量T。条件下的索力为O时所有支承索 的长度、索力为O时所有支承索的横截面面积以及索力为O时所有支承索的单位长度的重 量,依次组成支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度 的重量向量,支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度 的重量向量的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的编号规则相同;在实测得到T。的 同时,也就是在获得初始索结构稳态温度数据向量T。的时刻的同一时刻,直接测量计算得 到初始索结构的实测数据,初始索结构的实测数据是包括索结构集中载荷测量数据、索结 构分布载荷测量数据、索结构体积载荷测量数据、索结构支座初始线位移测量数据、所有被 监测量的初始数值、所有支承索的初始索力数据、初始索结构模态数据、初始索结构应变数 据、初始索结构几何数据、初始索结构支座广义坐标数据、初始索结构角度数据、初始索结 构空间坐标数据在内的实测数据,在得到初始索结构的实测数据的同时,测量计算得到包 括支承索的无损检测数据在内的能够表达支承索的健康状态的数据,此时的能够表达支承 索的健康状态的数据称为支承索初始健康状态数据;所有被监测量的初始数值组成被监测 量初始数值向量C。,被监测量初始数值向量C。的编号规则与M个被监测量的编号规则相同; 利用支承索初始健康状态数据、索结构支座初始线位移测量数据以及索结构载荷测量数据 建立被评估对象初始损伤向量d。,向量d。表示用初始力学计算基准模型A。表示的索结构的 被评估对象的初始健康状态;被评估对象初始损伤向量d。的元素个数等于N,d。的元素与 被评估对象是--对应关系,向量d。的元素的编号规则与被评估对象的编号规则相同;如 果Clci的某一个元素对应的被评估对象是索系统中的一根支承索,那么d ^的该元素的数值 代表对应支承索的初始损伤程度,若该元素的数值为0,表示该元素所对应的支承索是完好 的,没有损伤的,若其数值为100 %,则表示该元素所对应的支承索已经完全丧失承载能力, 若其数值介于〇和100%之间,则表示该支承索丧失了相应比例的承载能力;如果Cl ci的某一 个元素对应的被评估对象是某一个支座的某一个线位移分量,那么d。的该元素的数值代表 这个支座的该线位移分量的初始数值;如果Cl ci的某一个元素对应的被评估对象是某一个载 荷,本方法中取Clci的该元素数值为0,代表这个载荷的变化的初始数值为0 ;如果没有索结 构支座初始线位移测量数据或者可以认为索结构支座初始线位移为0时,向量d。中与索结 构支座线位移相关的各元素数值取0 ;如果没有支承索的无损检测数据及其他能够表达支 承索的健康状态的数据时,或者可以认为结构初始状态为无损伤无松弛状态时,向量d。中 与支承索相关的各元素数值取〇 ;初始索结构支座空间坐标数据指索结构设计状态下的支 座空间坐标数据,索结构支座初始线位移测量数据指在建立初始力学计算基准模型A ci时, 索结构支座相对于索结构设计状态下的支座所发生的线位移; d. 根据索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索初始健康状态数据、 索结构支座初始线位移测量数据、索结构集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量数据、索 结构体积载荷测量数据、索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数、 初始索结构稳态温度数据向量T ci和前面步骤得到的所有的索结构数据,建立计入"索结构 稳态温度数据"的索结构的初始力学计算基准模型Aci,基于A ci计算得到的索结构计算数据 必须非常接近其实测数据,其间的差异不得大于5% ;对应于Aci的"索结构稳态温度数据" 就是"初始索结构稳态温度数据向量T/;对应于Aci的被评估对象健康状态用被评估对象初 始损伤向量d。表示;对应于A。的所有被监测量的初始数值用被监测量初始数值向量C。表 示;T。和d。是A。的参数,由A。的力学计算结果得到的所有被监测量的初始数值与C。表示 的所有被监测量的初始数值相同,因此也可以说C ci由Aci的力学计算结果组成,在本方法中 A。、C。、d。和T。是不变的; e. 在本方法中,字母i除了明显地表示步骤编号的地方外,字母i仅表示循环次数,即 第i次循环;第i次循环开始时需要建立的或已建立的索结构的当前初始力学计算基准模 型记为当前初始力学计算基准模型A。A ci和A ^计入了温度参数,可以计算温度变化对索结 构的力学性能影响;第i次循环开始时,对应于A1ci的"索结构稳态温度数据"用当前初始索 结构稳态温度数据向量T1。表示,向量T \的定义方式与向量T。的定义方式相同,T \的元素 与T。的元素一一对应;第i次循环开始时需要的被评估对象当前初始损伤向量记为d^d1。 表示该次循环开始时索结构A 1。的被评估对象的健康状态,d \的定义方式与d。的定义方式 相同,d1。的元素与d。的元素一一对应;第i次循环开始时,所有被监测量的初始值,用被监 测量当前初始数值向量C 1ci表示,向量C \的定义方式与向量C ^的定义方式相同,C \的元素 与C。的元素--对应,被监测量当前初始数值向量C ^表示对应于A i。的所有被监测量的具 体数值;T1。和d \是A \的特性参数,C 由A 的力学计算结果组成;第一次循环开始时,A 记为A1。,建立A1。的方法为使A \等于A。;第一次循环开始时,T 记为T 建立T1。的方法为 使T1ci等于T ^第一次循环开始时,d \记为d \,建立Cl1ci的方法为使d 等于d ^第一次循环 开始时,C1。记为C 建立C1。的方法为使C 等于C。; f. 从这里进入由第f步到第q步的循环;在结构服役过程中,按照"本方法的索结构的 温度测量计算方法"不断实测计算获得索结构稳态温度数据的当前数据,所有"索结构稳态 温度数据"的当前数据组成当前索结构稳态温度数据向量T 1,向量T1的定义方式与向量T。 的定义方式相同,T1的元素与T ci的元素一一对应;在实测得到向量T1的同时,实测得到在获 得当前索结构稳态温度数据向量T 1的时刻的同一时刻的索结构中所有被监测量的当前值, 所有这些数值组成被监测量当前数值向量C1,向量C 1的定义方式与向量C ^的定义方式相 同,C1的元素与Cci的元素一一对应,表示相同被监测量在不同时刻的数值;在实测得到当前 索结构稳态温度数据向量T 1的同一时刻,实测得到索结构中所有M ^艮支承索的索力数据, 所有这些索力数据组成当前索力向量F,向量F的元素与向量F。的元素的编号规则相同;在 实测得到当前索结构稳态温度数据向量T 1的同一时刻,实测计算得到所有M1根支承索的两 个支承端点的空间坐标,两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支承端点 水平距离,所有支承索的两个支承端点水平距离数据组成当前支承索两支承端点水平距离 向量,当前支承索两支承端点水平距离向量的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的 编号规则相同; g. 根据当前索结构稳态温度数据向量T1,按照步骤gl至g3更新当前初始力学计算基 准模型A1。、被监测量当前初始数值向量C 1。和当前初始索结构稳态温度数据向量T。而被 评估对象当前初始损伤向量d1。保持不变; gl.比较T1与T \,如果T1等于T \,则A。C1c^P T \保持不变;否则需要按下列步骤对 A1。、C1。和T \进行更新; g2.计算T1与T ^的差,T1与T ^的差就是当前索结构稳态温度数据关于初始索结构稳 态温度数据的变化,T1与T。的差用稳态温度变化向量S表示,S等于T 1减去T。,S表示索结 构稳态温度数据的变化; g3.对A。中的索结构施加温度变化,施加的温度变化的数值就取自稳态温度变化向量 S,对Aci中的索结构施加的温度变化后得到更新的当前初始力学计算基准模型A ,更新A^1 的同时,T1ci所有元素数值也用T 1的所有元素数值对应代替,即更新了 T \,这样就得到了正 确地对应于T。此时d 保持不变;当更新A 后,A 的索的健康状况用被评估对象当 前初始损伤向量d1。表示,A\的索结构稳态温度用当前索结构稳态温度数据向量T 1表示,更 新C1。的方法是:当更新A \后,通过力学计算得到A \中所有被监测量的、当前的具体数值, 这些具体数值组成C1ci; h. 在当前初始力学计算基准模型A1。的基础上,按照步骤hi至步骤h4进行若干次力学 计算,通过计算建立单位损伤被监测量数值变化矩阵A C1和被评估对象单位变化向量D U hi.在第i次循环开始时,直接按步骤h2至步骤h4所列方法获得△ C1和D U在其它 时刻,当在步骤g中对A1ci进行更新后,必须按步骤h2至步骤h4所列方法重新获得△ C 1和 D1u,如果在步骤g中没有对A1Ji行更新,则在此处直接转入步骤i进行后续工作; h2.在当前初始力学计算基准模型基础上进行若干次力学计算,计算次数数值上 等于所有被评估对象的数量N,有N个评估对象就有N次计算;依据被评估对象的编号规 贝1J,依次进行计算;每一次计算假设只有一个被评估对象在原有损伤或载荷的基础上再增 加单位损伤或载荷单位变化,具体的,如果该被评估对象是索系统中的一根支承索,那么就 假设该支承索再增加单位损伤,如果该被评估对象是一个支座的一个方向的线位移分量, 就假设该支座在该位移方向再增加单位线位移,如果该被评估对象是一个载荷,就假设该 载荷再增加载荷单位变化,用D 1ukE录这一增加的单位损伤或单位线位移或载荷单位变化, 其中k表示增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化的被评估对象的编号,D 1uk是被评 估对象单位变化向量D1u的一个元素,被评估对象单位变化向量D \的元素的编号规则与向 量Clci的元素的编号规则相同;每一次计算中再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化 的被评估对象不同于其它次计算中再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化的被评 估对象,每一次计算都利用力学方法计算索结构的所有被监测量的当前计算值,每一次计 算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被监测量计算当前向量;当假设第k个被评 估对象再增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化时,用C 1di表示对应的"被监测量计 算当前向量";在本步骤中给各向量的元素编号时,应同本方法中其它向量使用同一编号规 贝1J,以保证本步骤中各向量中的任意一个元素,同其它向量中的、编号相同的元素,表达了 同一被监测量或同一对象的相关信息;C 1di的定义方式与向量C。的定义方式相同,C \的元 素与C。的元素一一对应; h3.每一次计算得到的向量C1d^去向量C ^得到一个向量,再将该向量的每一个元素 都除以本次计算所假设的单位损伤或单位线位移或载荷单位变化数值后得到一个"被监测 量的数值变化向量S C\" ;有N个被评估对象就有N个"被监测量的数值变化向量"; h4.由这N个"被监测量的数值变化向量"按照N个被评估对象的编号规则,依次组成 有N列的"单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1";单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1的 每一列对应于一个被监测量单位变化向量;单位损伤被监测量数值变化矩阵AC 1的每一行 对应于同一个被监测量在不同被评估对象增加单位损伤或单位线位移或载荷单位变化时 的不同的单位变化幅度;单位损伤被监测量数值变化矩阵△ C1的列的编号规则与向量d。的 元素的编号规则相同,单位损伤被监测量数值变化矩阵A C1的行的编号规则与M个被监测 量的编号规则相同; i. 定义当前名义损伤向量d1。和当前实际损伤向量d^d1。和d1的元素个数等于被评估 对象的数量,d 1。和d1的元素和被评估对象之间是一一对应关系,d丨的元素数值代表对应被 评估对象的名义损伤程度或名义线位移或名义载荷变化量,d 1。和d 1与被评估对象初始损 伤向量d。的元素编号规则相同,d1。的元素、d1的元素与d。的元素是一一对应关系; j. 依据被监测量当前数值向量C1同"被监测量当前初始数值向量C 单位损伤被监 测量数值变化矩阵AC1"和"当前名义损伤向量d1。"间存在的近似线性关系,该近似线性关 系可表达为式1,式1中除d1。外的其它量均为已知,求解式1就可以算出当前名义损伤向 量 d1。;
Figure CN105067347AC00101
k.利用式2表达的当前实际损伤向量d1的第k个元素 d \同被评估对象当前初始损伤 向量d1。的第k个元素 d \和当前名义损伤向量d \的第k个元素 d \间的关系,计算得到 当前实际损伤向量d1的所有元素;
Figure CN105067347AC00102
式2中k = 1,2,3,……,N ;向量d1的元素的编号规则与式⑴中向量d。的元素的编 号规则相同;Cl1k表示第i次循环中第k个被评估对象的当前实际健康状态,如果该被评估 对象是索系统中的一根支承索,那么Cl 1k表示其当前健康问题的严重程度,有健康问题的支 承索可能是松弛索、也可能是受损索,(1\数值反应了该支承索的松弛或损伤的程度;如果 该被评估对象是一个支座的一个线位移分量,那么(1\表示其当前实际线位移数值;将被评 估对象当前实际损伤向量d 1中与Q根支承索相关的Q个元素取出,组成支承索当前实际损 伤向量0-,支承索当前实际损伤向量0-的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的编 号规则相同;支承索当前实际损伤向量0-的第h个元素表示索结构中第h根支承索的当前 实际损伤量,h = 1,2, 3,…….,Q ;支承索当前实际损伤向量0-中数值不为O的元素对应于 有健康问题的支承索,从这些有健康问题的支承索中鉴别出受损索,剩下的就是松弛索;与 受损索对应的支承索当前实际损伤向量0-中的元素的数值表达的是该受损索的当前实际 损伤,元素数值为100%时表示该支承索彻底丧失承载能力,介于O与100%之间时表示丧 失相应比例的承载能力;利用在当前索结构稳态温度数据向量T 1条件下的、在第1步鉴别 出的松弛索及用支承索当前实际损伤向量0-表达的这些松弛索的、与其松弛程度力学等 效的当前实际等效损伤程度,利用在第f步获得的在当前索结构稳态温度数据向量T 1条件 下的当前索力向量F1和当前支承索两支承端点水平距离向量,利用在第c步获得的在初始 索结构稳态温度数据向量T。条件下的支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向 量和初始自由单位长度的重量向量、初始索力向量F ci,利用当前索结构稳态温度数据向量 T1表示的支承索当前稳态温度数据,利用在第c步获得的在初始索结构稳态温度数据向量 Tci表示的支承索初始稳态温度数据,利用在第c步获得的索结构所使用的各种材料的随温 度变化的物理和力学性能参数,计入温度变化对支承索物理、力学和几何参数的影响,通过 将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际等效损伤程度等效的松弛程 度,力学等效条件是:一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、 密度及材料的力学特性参数相同;二、松弛或损伤后,两等效的松弛索和损伤索的索力和变 形后的总长相同;满足上述两个力学等效条件时,这样的两根支承索在索结构中的力学功 能就是完全相同的,即如果用等效的松弛索代替受损索后,索结构不会发生任何变化,反之 亦然;依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度,松弛程度就是支承索 自由长度的改变量,也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量;这样就实现了 支承索的松弛识别和损伤识别;计算时所需索力由当前索力向量F 1对应元素给出;本方法 将受损索和松弛索统称为有健康问题的支承索,简称为问题索,至此本方法实现了问题索 和支座线位移的识别; l. 在求得当前名义损伤向量d1。后,按照式3建立标识向量B 1,式4给出了标识向量B1 的第k个元素的定义;
Figure CN105067347AC00111
式4中元素 B1k是标识向量B 1的第k个元素,D、是被评估对象单位变化向量D \的第 k个元素,Cl1di是被评估对象当前名义损伤向量d \的第k个元素,它们都表示第k个被评估 对象的相关信息,式4中k = 1,2, 3,......,N ; m. 如果标识向量B1的元素全为0,则回到步骤f继续本次循环;如果标识向量B1的元 素不全为0,则进入下一步、即步骤η ; η.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的被评估对象当前初始损伤向量 d1+1。的每一个元素;
Figure CN105067347AC00112
d1、是下一次、即第i+Ι次循环所需的被评估对象当前初始损伤向量d,的第k个元素, Cl1cik是本次、即第i次循环的被评估对象当前初始损伤向量d 的第k个元素,D、是第i次 循环的被评估对象单位变化向量D1u的第k个元素 ,B \是第i次循环的标识向量B 1的第k 个元素,式5中k = 1,2, 3,......, N ; 〇.取下一次、即第i+Ι次循环所需的当前初始索结构稳态温度数据向量T1'等于第i 次循环的当前初始索结构稳态温度数据向量T1。; P.在初始力学计算基准模型A。的基础上,对A。中的索结构施加温度变化,施加的温度 变化的数值就取自稳态温度变化向量S,再令索的健康状况为d1'后得到的就是下一次、即 第i+Ι次循环所需的力学计算基准模型A 1+1;得到A 1+1后,通过力学计算得到A 1+1中所有被 监测量的、当前的具体数值,这些具体数值组成下一次、即第i+Ι次循环所需的被监测量当 前初始数值向量C 1'; q.回到步骤f,开始下一次循环。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103268371A (zh) * 2013-04-26 2013-08-28 重庆交通大学 一种基于影响矩阵的桥梁实时荷载识别方法
KR101305933B1 (ko) * 2013-05-28 2013-09-09 케이.엘.이.에스 주식회사 유압완충기 성능시험장치
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