專利名稱：溫度變化空間坐標監測受損索支座廣義位移遞進識別方法
技術領域：
斜拉橋、懸索橋、桁架結構等結構有一個共同點，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，該類結構的共同點是以索、纜或僅承受拉伸載荷的桿件為支承部件，為方便起見本方法將該類結構表述為“索結構”。隨著環境溫度的變化，索結構的溫度也會發生變化，在索結構溫度發生變化時，在有支座廣義位移(例如支座廣義位移指支座沿X、Y、Z軸的線位移及支座繞X、Y、Z軸的角位移；對應于支座廣義位移，支座廣義坐標指支座關于X、Y、Z軸的坐標及支座關于X、Y、Z軸的角坐標)時，本方法基于空間坐標監測來識別索結構的支承系統(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，本專利將該類結構的全部支承部件統一稱為“索系統”，但實際上索系統不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的桿件，本方法中用“支承索”這一名詞指稱所有承載索及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的桿件)中的受損索(對桁架結構就是指受損的僅承受拉伸載荷的桿件)和支座廣義位移，屬工程結構健康監測領域。
背景技術：
支承索受損和支座發生廣義位移對索結構安全是一項重大威脅，基于結構健康監測技術來識別支座廣義位移和索結構的索系統中的受損索是一種極具潛力的方法。當支座出現位移時、或索系統的健康狀態發生變化(例如發生損傷)時、或者兩種情況同時發生時，會引起結構的可測量參數的變化，例如會引起索力的變化，會影響索結構的變形或應變，會影響索結構的形狀或空間坐標，會引起過索結構的每一點的任意假想直線的角度坐標的變化(例如結構表面任意一點的切平面中的任意一根過該點的直線的角度坐標的變化，或者結構表面任意一點的法線的角度坐標的變化)，所有的這些變化都包含了索系統的健康狀態信息，實際上這些可測量參數的變化包含了索系統的健康狀態信息、包含了支座廣義位移信息，也就是說可以利用結構的可測量參數來識別支座廣義位移和受損索。本方法基于空間坐標監測(本方法將被監測的空間坐標稱為“被監測量”)來識別受損索和支座廣義位移。被監測量除了受索系統健康狀態和支座廣義位移的影響外，還會受索結構溫度變化(常常會發生)的影響，在索結構溫度發生變化的條件下，如果能夠基于對被監測量的監測來實現對有健康問題的支承索和支座廣義位移的識別，對索結構的安全具有重要的價值，目前還沒有一種公開的、有效的健康監測系統和方法解決了此問題。
發明內容
技術問題本方法公開了一種基于空間坐標監測的、能夠合理有效地識別支座廣義位移和受損索的健康監測方法。技術方案本方法由三部分組成。分別是一、“本方法的索結構的溫度測量計算方法”;二、建立索結構健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監測量的結構健康狀態評估方法；三、健康監測系統的軟件和硬件部分。設索結構的支承索的數量和索結構的支座廣義位移分量的數量之和為N。為敘述方便起見，本方法統一稱被評估的支承索和支座廣義位移為“被評估對象”，共有N個被評估對象。給被評估對象連續編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。“結構的全部被監測的空間坐標數據”由結構上K個指定點的、及每個指定點的L個指定方向的空間坐標來描述，結構空間坐標數據的變化就是K個指定點的所有空間坐標分量的變化。每次共有M(M = KXL)個空間坐標測量值或計算值來表征結構空間坐標信息。K和M不得小于N。綜合上述被監測量，整個索結構共有M個被監測量，M不得小于被評估對象的數量
N0為方便起見，在本方法中將“索結構的被監測的所有參量”簡稱為“被監測量”。給 M個被監測量連續編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。本方法用用變量j表示這一編號，j = I, 2，3，…，Mo本方法的第一部分“本方法的索結構的溫度測量計算方法”。首先確定“本方法的索結構的溫度測量計算方法”。由于索結構的溫度可能是變化的，例如索結構的不同部位的溫度是隨著日照強度的變化而變化、隨著環境溫度的變化而變化的，索結構的表面與內部的溫度有時可能是隨時間變化的，索結構的表面與內部的溫度可能是不同的，索結構的表面與內部的溫度差是隨時間變化的，這就使得考慮溫度條件時的索結構的力學計算和監測相當復雜，為簡化問題、減少計算量和降低測量成本，更是為了提高計算精度，本方法提出“本方法的索結構的溫度測量計算方法”，具體如下第一步，查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數建立索結構的傳熱學計算模型。查詢索結構所在地不少于2年的近年來的氣象資料，統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天，統計得到T個陰天中每一個陰天的0時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時亥IJ，每一個陰天的0時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為Al；。查詢索結構所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處環境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環境的溫度關于海拔高度的最大變化率△ Th，為方便敘述取ATh的單位為。C/m。在索結構的表面上取“R個索結構表面點”，后面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度實測數據”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度計算數據”。在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時，“R個索結構表面點”的數量與分布必須滿足的條件在后面敘述。從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少于三個不同的海拔高度，在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少于三個點，特別的，對于支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結構沿厚度的溫度分布數據”，其中沿與同一“水平面與索結構表面的交線”相交的、“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結構沿厚度的溫度分布數據”，在本方法中稱為“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據”，設選取了 H個不同的海拔高度，在每一個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，特別的，對于支承索E等于1，計索結構上“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的總數為HBE個，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的溫度，稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”;本方法中將在每一個選取的海拔高度處“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據”的個數溫度分布數據”。在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣 溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，該位置應當在全年的每一日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質的平板，稱為參考平板，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每一日都能得到一塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監測得到參考平板的向陽面的溫度。本方法中對同一個量實時監測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻。第二步，實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，記為A Tefflax ；由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境的氣溫關于時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先后順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，記為A Tpfflax ;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每一個索結構表面溫度實測數據序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先后順序排列，找到每一個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用每一個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，有R個索結構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數值，其中的最大值記為ATsmax ;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常規數學計算得到每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化。通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結構沿厚度的溫度分布數據”后，計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據”中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為“相同·海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”，選取了 H個不同的海拔高度就有H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”，記為ATtmax。第三步，測量計算獲得索結構穩態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內，參考平板最大溫差△ Tpmax和索結構表面最大溫差ATsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內，在前面測量計算得到的環境最大誤差AT6max不大于參考日溫差Al；，且參考平板最大溫差A Tpmax減去2攝氏度后不大于A Temax,且索結構表面最大溫差A Tsmax不大于ATpmax ;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，索結構所在環境的氣溫關于時間的變化率的絕對值不大于每小時0. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率的絕對值不大于每小時0. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，“索結構厚度方向最大溫差” ATtmax不大于I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意一種稱為“獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處于穩態，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結構穩態溫度數據的時刻”;然后，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“R個索結構表面溫度實測數據”和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據，還包括索結構在前面選定的HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度，HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等時，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”， 此時的“R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數據”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時，“R個索結構表面點”的數量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處于穩態時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結構表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ；索結構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點的數量不小于4，且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Ah不大于0.2°C除以A Th得到的數值，為方便敘述取A Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“R個索結構表面點”中不存在一個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數值介于兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特征及方位數據，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“R個索結構表面點”中至少有一個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的一個點。本方法的第二部分建立索結構健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監測量的結構健康狀態評估方法。可按如下步驟依次進行，以獲得更準確的被評估對象的健康狀態評估。第一步建立初始力學計算基準模型A。，在索結構竣工之時，或者在建立健康監測(受損索識別)系統前，按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結構穩態溫度數據”(可以用常規溫度測量方法測量，例如使用熱電阻測量)，此時的“索結構穩態溫度數據”用向量T。表示，稱為初始索結構穩態溫度數據向量T。。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到索結構的所有被監測量的初始數。在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量T0的同時，使用常規方法(查資料或實測)得到索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理參數(例如熱膨脹系數)和力學性能參數(例如彈性模量、泊松比);在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法實測計算得到索結構的實測計算數據。索結構的實測計算數據包括支承索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據、索結構支座初始廣義位移測量數據、索結構初始幾何數據、索力數據、拉桿拉力數據、初始索結構支座廣義坐標數據、索結構模態數據、結構應變數據、結構角度測量數據、結構空間坐標測量數據等實測數據。索結構的初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上結構上一系列的點的空間坐標數據，目的在于根據這些坐標數據確定索結構的幾何特征。索結構支座初始廣義位移測量數據指在建立初始力學計算基準模型A。時，索結構支座相對于索結構設計狀態下的支座所發生的廣義位移。對斜拉橋而言，初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上橋梁兩端上若干點的空間坐標數據，這就是所謂的橋型數據。利用支承索的無損檢測數據等能夠表達支承索的健康狀態的數據以及索結構支座初始廣義位移測量數據建立被評 估對象初始損傷向量d。(如式(I)所示)，用d。表示索結構(用初始力學計算基準模型A。表示)的被評估對象的初始健康狀態。如果沒有支承索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者可以認為結構初始狀態為無損傷無松弛狀態時，向量d。的中與支承索相關的各元素數值取O，如果沒有索結構支座初始廣義位移測量數據或者可以認為索結構支座初始廣義位移為O時，向量d。的中與索結構支座廣義位移相關的各元素數值取O。利用索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、索結構支座初始廣義位移測量數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數和初始索結構穩態溫度數據向量T。，利用力學方法(例如有限元法)計入“索結構穩態溫度數據”建立初始力學計算基準模型A。。d0=[d0ld02 dok doN]T(I)式(I沖d。, (k=l，2，3，.......，N)表示初始力學計算基準模型A0中的第k個被評
估對象的初始狀態，如果該被評估對象是索系統中的一根索(或拉桿)，那么Cl。,表示其初始損傷，dok為0時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示喪失相應比例的承載能力，如果該被評估對象是一個支座的一個廣義位移分量，那么CU表示其初始位移數值，T表示向量的轉置(后同)。在實測得到T。的同時，也就是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到的索結構的所有被監測量的初始數值，組成被監測量初始數值向量C。(見式(2))。要求在獲得A。的同時獲得C。，被監測量初始數值向量C。表示對應于A0的“被監測量”的具體數值。因在前述條件下，基于索結構的計算基準模型計算所得的被監測量可靠地接近于初始被監測量的實測數據，在后面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值和實測值。C0= [C01C02 * Coj * -C0Jt(2)式(2)中CtjjU=I, 2，3，.......，M)是索結構中第j個被監測量的初始量，該分量
依據編號規則對應于特定的第j個被監測量。向量C。是由M個被監測量依據一定順序排列而成，對此排列順序并無特殊要求，只要求后面所有相關向量也按此順序排列數據即可。不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型A。，計入“索結構穩態溫度數據”(即初始索結構穩態溫度數據向量T。)、基于A。計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，誤差一般不得大于5%。這樣可保證利用A。計算所得的模擬情況下的索力計算數據、應變計算數據、索結構形狀計算數據和位移計算數據、索結構角度數據、索結構空間坐標數據等，可靠地接近所模擬情況真實發生時的實測數據。模型A。中被評估對象的健康狀態用被評估對象初始損傷向量d。表示，索結構穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量T。表示。由于基于A。計算得到所有被監測量的計算數值非常接近所有被監測量的初始數值(實測得到)，所以也可以用在A。的基礎上、進行力學計算得到的、A。的每一個被監測量的計算數值組成被監測量初始數值向量C。。T。和d。是A。的參數，也可以說C。由A。的力學計算結果組成。第二步循環開始。每一次循環開始時，首先需要建立或已建立本次循環開始時的被評估對象當前初始損傷向量d1。(i = 1，2，3，…)、建立索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj (例如有限元基準模型，在每一次循環中(是不斷更新的)，(的溫度分布用“當前初始索結構穩態溫度數據向量TiJ表達。字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，在本方法中字母i僅表示循環次數，即第i次循環。A。和Ai0計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響。第i次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量記為d、(如式(3)所示)，用屮。表示該次循環開始時索結構(用當前初始力學計算基準模型Aitj表示)的被評估對象的健康狀態。do=\dA <；,...<. 4J"(3)式(3)中CfokQ = I, 2，3，... ;k=l, 2，3，.......，N)表示第i次循環開始時、當前
初始力學計算基準模型Aitj中的第k個被評估對象的初始狀態，如果該被評估對象是索系統中的一根索(或拉桿)，那么d、表示其初始損傷，k、為0時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示喪失相應比例的承載能力，如果該被評估 對象是一個支座的一個廣義位移分量，那么d、表示其初始位移數值。建立和更新d、的方法如下第一次循環開始時、建立被評估對象當前初始損傷向量(依據式(3)記為d1。)時，d1。就等于d。。第i (i=2, 3，4，5，6…)次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量d1。，是在前一次(即第i-1次，i = 2，3，4，5，6…)循環結束前計算獲得的，具體方法在后文敘述。第i(i = 1，2，3，4，5，6…)次循環開始時需要建立的力學計算基準模型或已建立的索結構的力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型A1。。對應于Aitj的“索結構穩態溫度數據”用向量!^。表示，稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量f。。向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，每一次循環開始時必須建立或已建立稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量疒。。建立、更新Ai0和Titj的方法如下第一次循環開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為A^A1。等于U1。等于T00在每一次循環中Aitj和Titj是不斷更新的，具體方法在后文敘述；在每一次循環結束時，更新Aitj和Titj得到下一次循環開始時所需的索結構的力學計算基準模型，具體方法在后文敘述。本方法用“被監測量當前初始數值向量CiJ (i = 1，2，3，"0表示第1次(i =1，2，3，4，5，6-)循環開始時所有指定的被監測量的初始值(參見式(4))，(^。的也可以稱為“第i次循環被監測量當前初始數值向量”。
權利要求
1.ー種溫度變化空間坐標監測受損索支座廣義位移遞進識別方法，其特征在于所述方法包括 a.為敘述方便起見，本方法統ー稱被評估的支承索和支座廣義位移分量為被評估對象，設被評估的支承索的數量和支座廣義位移分量的數量之和為N，即被評估對象的數量為N ;確定被評估對象的編號規則，按此規則將索結構中所有的被評估對象編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；本方法用變量k表示這ー編號，k = 1，2，3，. . .，N ;確定指定的將被監測空間坐標的被測量點，給所有指定點編號；確定過每ー測量點的將被監測的空間坐標分量，給所有被測量空間坐標分量編號；上述編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；“索結構的全部被監測的空間坐標數據”由上述所有被測量空間坐標分量組成；為方便起見，在本方法中將“索結構的被監測的空間坐標數據”稱為“被監測量”;所有被監測量的數量之和記為M，M不得小于N ;本方法中對同一個量實時監測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻； b.本方法定義“本方法的索結構的溫度測量計算方法”按步驟bl至b3進行； bl :查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數建立索結構的傳熱學計算模型；查詢索結構所在地不少于2年的近年來的氣象資料，統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天，在本方法中將白天不能見到太陽的一整日稱為陰天，統計得到T個陰天中每ー個陰天的O時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻，不表示當天一定可以看見太陽，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時刻，每ー個陰天的O時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為△ I；;查詢索結構所在地和所在海抜區間不少于2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處環境的溫度隨時間和海抜高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環境的溫度關于海抜高度的最大變化率△'，為方便敘述取ATh的単位為。C/m;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”，取“R個索結構表面點”的具體原則在步驟b3中敘述，后面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度實測數據”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度計算數據”;從索結構所處的最低海抜到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少于三個不同的海抜高度，在每ー個選取的海抜高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少于三個點，特別的，對于支承索沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結構沿厚度的溫度分布數據”，其中沿與同一“水平面與索結構表面的交線”相交的、“測量索結構沿、壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結構沿厚度的溫度分布數據”，在本方法中稱為“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據”，設選取了 H個不同的海拔高度，在每ー個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，特別的，對于支承索E等于1，計索結構上“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的總數為HBE個，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的溫度，稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”;本方法中將在每ー個選取的海抜高度處“相同海抜高度索結構沿厚度的溫度分布數據”的個數溫度分布數據”;在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取ー個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取ー個位置，該位置應當在全年的每ー日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質的 平板，稱為參考平板，參考平板與地面不可接觸，參考平板離地面距離不小于I. 5米，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每一日都能得到ー塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監測得到參考平板的向陽面的溫度； b2 :實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后.30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，稱為環境最大溫差，記為ATemax ；由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境的氣溫關于時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先后順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，稱為參考平板最大溫差，記為ATpmax ;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每ー個索結構表面溫度實測數據序列由ー個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先后順序排列，找到每ー個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用每ー個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到每ー個索結構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，有R個索結構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數值，其中的最大值稱為索結構表面最大溫差，記為;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常規數學計算得到每ー個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每ー個索結構表面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻后.30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結構沿厚度的溫度分布數據”后，計算在每ー個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據”中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為“相同海抜高度處索結構厚度方向最大溫差”，選取了 H個不同的海拔高度就有H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海抜高度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”，記為△Ttmax ; b3 :測量計算獲得索結構穩態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到 所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內，參考平板最大溫差Λ Tpmax和索結構表面最大溫差ATsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內，在前面測量計算得到的環境最大誤差Λ Traiax不大于參考日溫差Λ ；，且參考平板最大溫差ATpmax減去2攝氏度后不大于Λ Temax，且索結構表面最大溫差ATsmax不大于ATpmax;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，索結構所在環境的氣溫關于時間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每ー個索結構表面點的溫度關于時間的變化率的絕對值不大于每小時O. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每ー個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，“索結構厚度方向最大溫差” Λ Ttmax不大于I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意一種稱為“獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的ー個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任ー個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處于穩態，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結構穩態溫度數據的時刻”;然后，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“ R個索結構表面溫度實測數據”和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據，還包括索結構在前面選定的HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度，HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等吋，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”，此時的“ R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數據”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”吋，“R個索結構表面點”的數量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處于穩態時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結構 表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ;索結構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點的數量不小于4，且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Λ h不大于0.2°C除以Λ Th得到的數值，為方便敘述取Λ Th的単位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“ R個索結構表面點”中不存在ー個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數值介于兩兩相鄰索結構表面點的海抜高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特征及方位數據，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“R個索結構表面點”中至少有ー個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的ー個點； c.按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”直接測量計算得到初始狀態下的索結構穩態溫度數據，初始狀態下的索結構穩態溫度數據稱為初始索結構穩態溫度數據，記為“初始索結構穩態溫度數據向量T。” ；實測或查資料得到索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數；在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，直接測量計算得到初始索結構的實測數據，初始索結構的實測數據包括表達支承索的健康狀態的無損檢測數據、索結構支座初始廣義位移測量數據、所有被監測量的初始數值、所有支承索的初始索カ數據、初始索結構模態數據、初始索結構應變數據、初始索結構幾何數據、初始索結構支座廣義坐標數據、初始索結構角度數據、初始索結構空間坐標數據；所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量C。，被監測量初始數值向量C。的編號規則與M個被監測量的編號規則相同；利用能表達支承索的健康狀態的無損檢測數據以及索結構支座初始廣義位移測量數據建立被評估對象初始損傷向量d。，向量d。表示用初始力學計算基準模型A。表示的索結構的被評估對象的初始健康狀 態；被評估對象初始損傷向量d。的元素個數等干N，d。的元素與被評估對象是一一對應關系，向量d。的元素的編號規則與被評估對象的編號規則相同；如果d。的某ー個元素對應的被評估對象是索系統中的一根支承索，那么d。的該元素的數值代表對應支承索的初始損傷程度，若該元素的數值為O，表示該元素所對應的支承索是完好的，沒有損傷的，若其數值為..100%，則表示該元素所對應的支承索已經完全喪失承載能力，若其數值介于O和100%之間，則表示該支承索喪失了相應比例的承載能力；如果d。的某ー個元素對應的被評估對象是某一個支座的某一個廣義位移分量，那么d。的該兀素的數值代表這個支座的該廣義位移分量的初始數值；如果沒有支承索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者可以認為結構初始狀態為無損傷無松弛狀態時，向量d。中與支承索相關的各元素數值取0，如果沒有索結構支座初始廣義位移測量數據或者可以認為索結構支座初始廣義位移為O吋，向量d。中與索結構支座廣義位移相關的各元素數值取O ;初始索結構支座廣義坐標數據指索結構設計狀態下的支座坐標數據，索結構支座初始廣義位移測量數據指在建立初始力學計算基準模型K吋，索結構支座相對于索結構設計狀態下的支座所發生的廣義位移；支座廣義坐標包括線量和角量兩種； d.根據索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、索結構支座初始廣義位移測量數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性 能參數、初始索結構穩態溫度數據向量T。和和前面步驟得到的所有的索結構數據，建立計入“索結構穩態溫度數據”的索結構的初始力學計算基準模型A。，基于A。計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，其間的差異不得大于5% ;對應于A。的“索結構穩態溫度數據”就是“初始索結構穩態溫度數據向量T。” ;對應于A。的被評估對象健康狀態用被評估對象初始損傷向量d。表示；對應于A。的所有被監測量的初始數值用被監測量初始數值向量C。表示；T。和d。是A。的參數，由A。的力學計算結果得到的所有被監測量的初始數值與C0表示的所有被監測量的初始數值相同，因此也可以說C。由A。的力學計算結果組成，在本方法中K、C。、d。和T。是不變的； e.在本方法中，字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，字母i僅表示循環次數，即第i次循環；第i次循環開始時需要建立的或已建立的索結構的當前初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Α^，Α。和Aitj計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響；第i次循環開始時，對應于Aitj的“索結構穩態溫度數據”用當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti。表示，向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，Titj的元素與T。的元素一一對應；第i次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量記為(!し屮。表示該次循環開始時索結構Ai0的被評估對象的健康狀態，Cli0的定義方式與d。的定義方式相同，W。的元素與d。的元素一一對應；第i次循環開始時，所有被監測量的初始值，用被監測量當前初始數值向量Ci。表示，向量び。的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1。的元素與C。的元素一一對應，被監測量當前初始數值向量び。表示對應于Aitj的所有被監測量的具體數值；1"。和士。是Aitj的特性參數，C1。由Ai0的力學計算結果組成；第一次循環開始時，Aitj記為A1。，建立A1。的方法為使A1。等于A。；第一次循環開始時，Titj記為T1。，建立T1。的方法為使T1。等于T。；第一次循環開始時，Cli0記為d1。，建立d1。的方法為使d1。等于d。；第一次循環開始吋，Ci0記為C1。，建立C1。的方法為使C1。等于C。； f.從這里進入由第f步到第q步的循環；在結構服役過程中，按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得索結構穩態溫度數據的當前數據，所有“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量Ti,向量Ti的定義方式與向量T。的定義方式相同，Ti的元素與T。的元素一一對應；在實測得到向量Ti的同時，實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Ti的時刻的同一時刻的索結構中所有被監測量的當前值，所有這些數值組成被監測量當前數值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1的兀素與C。的兀素對應，表不相同被監測量在不同時刻的數值； g.根據當前索結構穩態溫度數據向量T1,按照步驟gl至g3更新當前初始力學計算基準模型A:被監測量當前初始數值向量Citj和當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj,而被評估對象當前初始損傷向量f。保持不變； gl.比較Ti與f。，如果Ti等于f。，則A: Ci0和Titj保持不變；否則需要按下列步驟對Ai0和Ti0進行更新； g2.計算Ti與T。的差，Ti與T。的差就是當前索結構穩態溫度數據關于初始索結構穩態溫度數據的變化，Ti與T。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等于Ti減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化； g3.對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，對A。中的索結構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算基準模型A1。，更新A1。的同時，Titj所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應代替，即更新了 Titj,這樣就得到了正確地對應于Aitj的Titj ;此時(保持不變；當更新Aitj后，Aitj的索的健康狀況用被評估對象當前初始損傷向量(表示，Aitj的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示，更新Citj的方法是當更新(后，通過力學計算得到Aitj中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成C、； h.在當前初始力學計算基準模型Ai0的基礎上，按照步驟hi至步驟h4進行若干次力學計算，通過計算建立單位損傷被監測量數值單位變化矩陣ACi和單位損傷或單位廣義位移向量Diu; hi.在第i次循環開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得A Ci和Diu ;在其它時刻，當在步驟g中對Ai0進行更新后，必須按步驟h2至步驟h4所列方法重新獲得A Ci和Diu,如果在步驟g中沒有對Aitj進行更新，則在此處直接轉入步驟i進行后續工作； h2.在當前初始力學計算基準模型Aitj的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有被評估對象的數量N，有N個評估對象就有N次計算；依據被評估對象的編號規貝1J，依次進行計算；每一次計算假設只有一個被評估對象在原有損傷或廣義位移的基礎上再增加單位損傷或單位廣義位移，具體的，如果該被評估對象是索系統中的一根支承索，那么就假設該支承索再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的廣義位移分量，就假設該支座在該位移方向再增加單位廣義位移，用Diuk記錄這一增加的單位損傷或單位廣義位移，其中k表示增加單位損傷或單位廣義位移的被評估對象的編號，Diuk是單位損傷或單位廣義位移向量Diu的一個元素，單位損傷或單位廣義位移向量Diu的元素的編號規則與向量d。的元素的編號規則相同；每一次計算中再增加單位損傷或單位廣義位移的被 評估對象不同于其它次計算中再增加單位損傷或單位廣義位移的被評估對象，每一次計算都利用力學方法計算索結構的所有被監測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監測量的當前計算值組成一個被監測量計算當前向量；當假設第k個被評估對象再增加單位損傷或單位廣義位移時，用Citk表示對應的“被監測量計算當前向量”;在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本方法中其它向量使用同一編號規則，以保證本步驟中各向量中的任意一個兀素，同其它向量中的、編號相同的兀素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息；c\k的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1tk的兀素與C。的兀素對應； h3.每一次計算得到的向量Citk減去向量C。得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算所假設的單位損傷或單位廣義位移數值后得到一個“被監測量的數值變化向量S Cik";有N個被評估對象就有N個“被監測量的數值變化向量”； h4.由這N個“被監測量的數值變化向量”按照N個被評估對象的編號規則，依次組成有N列的“單位損傷被監測量數值單位變化矩陣△ Ci”;單位損傷被監測量數值單位變化矩陣ACi的每一列對應于一個被監測量單位變化向量；單位損傷被監測量數值單位變化矩陣ACi的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對象增加單位損傷或單位廣義位移時的不同的單位變化幅度；單位損傷被監測量數值單位變化矩陣ACi的列的編號規則與向量d。的元素的編號規則相同，單位損傷被監測量數值單位變化矩陣ACi的行的編號規則與M 個被監測量的編號規則相同； i.定義當前名義損傷向量(和當前實際損傷向量dSdt和Cli的元素個數等于支承索的數量，Clic和Cli的元素和支承索之間是一一對應關系，Clic和Cli的元素數值代表對應支承索的損傷程度或健康狀態，Clic和Cli與被評估對象初始損傷向量d。的元素編號規則相同，d、的元素、Cli的元素與d。的元素是一一對應關系； j.依據被監測量當前數值向量Ci同“被監測量當前初始數值向量C1。”、“單位損傷被監測量數值單位變化矩陣AC1”和“當前名義損傷向量屮。”間存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式1，式I中除(外的其它量均為已知，求解式I就可以算出當前名義損傷向量d1。； 式 I k.利用式2表達的當前實際損傷向量Cli的第k個元素Clik同被評估對象當前初始損傷向量必的第k個元素d、和當前名義損傷向量的第k個元素Clidt間的關系，計算得到當前實際損傷向量Cli的所有元素； i-(i-心)(i_0如果該元素對應于一根支承索 如果該元素對應于-- 個支座的一個平移位移分量2式2中k = 1，2，3，……，N ；(1\表示第i次循環中第k個被評估對象的當前實際健康狀態，如果該被評估對象是索系統中的一根支承索，那么Clik表示其當前實際損傷，Clik為O時表不無損傷，為100%時表不該支承索徹底喪失承載能力，介于O與100%之間時表不喪失相應比例的承載能力，如果該被評估對象是一個支座的一個廣義位移分量，那么Clik表示其當前實際廣義位移數值，向量Cli的元素的編號規則與式(I)中向量d。的元素的編號規則相同； I.在求得當前名義損傷向量后，按照式3建立標識向量Bi,式4給出了標識向量Bi的第k個元素的定義； Bi = IFl /I//; 尤f 式 3 .0，如果(k<D k U如果式4中元素Bik是標識向量Bi的第k個元素，Diuk是單位損傷或單位廣義位移向量Diu的第k個元素，Click是被評估對象當前名義損傷向量的第k個元素，它們都表示第k個被評估對象的相關信息，式4中k = 1，2，3，......，N ; m.如果標識向量B1的元素全為0,則回到步驟f繼續本次循環；如果標識向量B1的元素不全為0，則進入下一步、即步驟n ; n.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的被評估對象當前初始損傷向量di+1。的每一個元素；
全文摘要
溫度變化空間坐標監測受損索支座廣義位移遞進識別方法基于空間坐標監測、通過監測支座廣義位移、監測索結構溫度、環境溫度和受損索損傷程度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，得到新的計入支座廣義位移、受損索損傷程度、溫度的索結構的力學計算基準模型，在此模型的基礎上依據被監測量的當前數值向量同被監測量當前初始數值向量、單位損傷被監測量數值單位變化矩陣和待求的當前名義損傷向量間存在的近似線性關系，據此可以在有和溫度變化時，比較準確地識別受損索和支座廣義位移。
文檔編號G01M99/00GK102735473SQ20121017507
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者王芳, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學