專利名稱：：有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法
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，為方便起見本發明將該類結構表述為"索結構"。在有支座沉降時，本發明公開了一種遞進式方法、基于索力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)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)的方法，屬工程結構健康監測領域。
背景技術：
：索系統通常是索結構的關鍵組成部分，它的失效常常帶來整個結構的失效，基于結構健康監測技術來識別索結構的索系統中的受損索(如前所述也指僅承受拉伸載荷的桿件)是一種極具潛力的方法。索系統的健康狀態發生變化后，會引起結構的可測量參數的變化，例如會引起支承索索力的變化，實際上索力的變化包含了索系統的健康狀態信息，也就是說可以利用索力數據判斷結構的健康狀態，可以基于索力監測(本發明將被監測的索力稱為"被監測量"，后面提到"被監測量"就是指被監測的索力)來識別受損索，被監測量除了受索系統健康狀態的影響外，還會受索結構支座沉降(常常會發生)的影響，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。在有支座沉降時，為了能對索結構的索系統的健康狀態有可靠的監測和判斷，必須有一個能夠合理有效的建立索結構的被監測量的變化同索系統中所有索的健康狀況間的關系的方法，基于該方法建立的健康監測系統可以給出更可信的索系統的健康評估。
發明內容技術問題本發明的目的是在索結構支座有沉降時，針對索結構中索系統的健康監測問題，提供一種有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法。技術方案本發明由兩大部分組成。分別是一、建立索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法，以及基于知識庫(含參量)和實測每一根索的索力及實測索結構支座坐標的索系統遞進式健康狀態評估方法；二、健康監測系統的軟件和硬件部分。本發明的第一部分建立索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法，以及基于知識庫(含參量)和基于索力監測及實測索結構支座坐標的索系統遞進式健康狀態評估方法。可按如下步驟依次循環往復地、遞進式進行，以獲得更準確的索系統的健康狀態評估。第一步每一次循環開始時，首先需要建立或已建立本次循環開始時的索系統初始損傷向量d,(i=1，2，3，…)、建立索結構的初始力學計算基準模型A。(例如有限元基準模型，在本發明中A。是不變的)、建立索結構的當前力學計算基準模型A"。(例如有限元基準模型，在每一次循環中A"。是不斷更新的)、建立索結構的力學計算基準模型A1(例如有限元基準模型，i=1，2，3，…)。字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，在本發明中字母i僅表示循環次數，即第i次循環。設索系統中共有N根索，第i次循環開始時需要的索系統初始損傷向量記為d。i(如式(1)所示)，用d。i表示該次循環開始時索結構(用力學計算基準模型Ai表示)的索系統的健康狀態。W(1)式(1)中di。j(i=1，2，3，…;j=1，2，3，.......，N)表示第i次循環開始時、力學計算基準模型A1中的索系統的第j根索的初始損傷值，di。j為0時表示第j根索無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力。第一次循環開始時建立索系統初始損傷向量(依據式(1)記為d1。)時，利用索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d1。。如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達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狀態時，向量d1。的各元素數值取0。第i次(i=2，3，4，5，6…)循環開始時需要的索系統初始損傷向量是在前一次(即第i-l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次循環開始時需要建立的力學計算基準模型或已建立的力學計算基準模型記為A、根據索結構竣工之時的索結構的實測數據(包括索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據、索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據等實測數據，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數據、索力數據、橋的模態數據、)和設計圖、竣工圖，利用力學方法(例如有限元法)建立A。；如果沒有索結構竣工之時的結構的實測數據，那么就在建立健康監測系統前對結構進行實測，得到索結構的實測數據(包括索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據等實測數據，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數據、索力數據、橋的模態數據、索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據)，根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，利用力學方法(例如有限元法)建立A。。不論用何種方法獲得A。，基于A。計算得到的索結構計算數據(對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數據、索力數據、橋的模態數據)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應變計算數據、索力計算數據、索結構形狀計算數據和位移計算數據、索結構角度數據等，可靠地接近所模擬情況真實發生時的實測數據。對應于A。的索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量U。。A。和U。是不變的，只在第一次循環開始時建立。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、A、就等于A。。第i次(i=2，3，4，5，6…)循環開始時需要的力學計算基準模型A、是在前一次(即第i-l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。已有力學計算基準模型W和索系統初始損傷向量d、后，模型A1中的各索的損傷由向量d1。表達。在A1的基礎上，將所有索的損傷變更為0，學模型A1更新為一個所有索的損傷都為0的力學模型(記為A°)，力學模型A°實際上是完好無損的索結構對應的力學模型。不妨稱模型A°為索結構的無損傷模型A°。設索系統中共有N根支承索，結構索力數據就由N根支承索的索力來描述。為方便起見，在本發明中將"結構的被監測的索力數據"簡稱為"被監測量"。在后面提到"被監測量的某某矩陣或某某向量"時，也可讀成"索力的某某矩陣或某某向量"。本發明用"被監測量的初始數值向量Ci。"(i=1，2，3，…)表示第i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(2))，Ci。的全稱為"第i次循環被監測量的初始數值向量"。C^[QG2G(2)式(2)中C^(i=1，2，3，...;k=1，2，3，.......，M;M>N;)是第i次循環開始時、索結構中第k個被監測量。向量Ci。是由前面定義的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。第一次循環開始時，"第1次循環被監測量的初始數值向量C、"(見式(2))由實測數據組成，由于根據模型A1計算所得被監測量的初始數值可靠地接近于相對應的實測數值，在后面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值組成向量和實測值組成向量。第i次(i=2，3，4，5，6…)循環開始時需要的"第i次循環被監測量的初始數值向量CV'，是在前一次(即第i-l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。第二步在索結構服役過程中，在每一次循環中，不斷實測獲得索結構支座坐標當前數據(所有數據組成當前索結構實測支座坐標向量U"，向量U"的定義方式與向量U。相同)。為方便起見，對于第i次循環，將上一次更新當前力學計算基準模型時的索結構支座坐標當前數據記為當前索結構支座坐標向量U"。。建立和更新A"。的方法是在每一次循環的開始時刻，索結構的當前力學計算基準模型A"。就等于A1(i=1，2，3，4，5，6…)。在索結構服役過程中，不斷實測獲得索結構支座坐標數據得到當前索結構實測支座坐標向量U"，如果U"等于U"。，則不需要對A"。進行更新；如果U"不等于U"。，則需要對A"。進行更新，此時U"與U。的差就是索結構支座關于初始位置(對應于A。)的支座位移(用支座位移向量V表示支座位移，在重力方向的位移就是支座沉降)。更新A"。的方法是在A。的基礎上令索的健康狀況為索系統初始損傷向量d:再進一步對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束，當前支座位移約束的數值就取自當前支座位移向量V中對應元素的數值，對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束后，最終得到的就是更新的當前力學計算基準模型A"。，更新A"。的同時，U"。所有元素數值也用U"所有元素數值代替，即更新了U"。，這樣就得到了正確地對應于A"。的U"。。第三步每一次循環需建立"單位損傷被監測量變化矩陣"和"名義單位損傷向量"，第i次循環建立的"單位損傷被監測量變化矩陣"記為AC、i=1，2，3，…)。第i次循環建立的"名義單位損傷向量"記為Diu。在每一次循環中ACi和Diu是不斷更新的，即在更新當前力學計算基準模型A"。的同時，更新索結構單位損傷被監測量變化矩陣ACi和名義單位損傷向量"記為Diu。建立和更新更新索結構單位損傷被監測量變化矩陣Ae和名義單位損傷向量"記為D、的過程如下在索結構的當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次計算，計算次數數值上等于所有索的數量。每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷(原有損傷可以為O，也可以不為O)的基礎上再增加單位損傷(例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷)。為方便計算，每一次循環中設定單位損傷時可以都是把該次循環開始時的結構健康狀態當成是完全健康的，并在此基礎上設定單位損傷(在后續步驟中、計算出的、索的損傷數值-一稱為名義損傷di。(i=1，2，3，…)，都是相對于將該次循環開始時的、將索的健康狀態當成是完全健康而言的，因此必須依據后文給出的公式將計算出的名義損傷換算成真實損傷。)。同一次循環的每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同于其他索的單位損傷值，用"名義單位損傷向量Di/(如式(3)所示)記錄各次循環中所有索的假定的單位損傷，第一次循環時記為D、，每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的、在前面已指定的M個被監測量的當前計算值，每一次計算所得M個被監測量的當前計算值組成一個"被監測量的計算當前數值向量"(當假設第j根索有單位損傷時，可用式(4)表示所有指定的M個被監測量的計算當前數值向量C^);每一次計算得到的被監測量的計算當前數值向量減去被監測量的初始數值向量C、，所得向量就是此條件下(以有單位損傷的索的位置或編號等為標記)的"被監測量的數值變化向量"(當第j根索有單位損傷時，用sc、表示被監測量的數值變化向量，SC、的定義見式(5)、式(6)和式(7)，式(5)為式(4)減去式(2)后再除以向量D、的第j個元素Duj所得)，被監測量的數值變化向量SC、的每一元素表示由于計算時假定有單位損傷的那根索(例如第j根索)的單位損傷(例如Duj)，而引起的該元素所對應的被監測量的數值改變量相對于假定的單位損傷Duj的變化率；有N根索就有N個"被監測量的數值變化向量"，每個被監測量的數值變化向量有M(—般的，M^N)個元素，由這N個"被監測量的數值變化向量"依次組成有MXN個元素的"單位損傷被監測量變化矩陣AC1"(M行N列)，每一個向量SC、(j=1，2，3，.......，N)是矩陣AC1的一列，AC1的定義如式(8)所示。D^[化化2"w丫(3)式(3)中名義單位損傷向量Diu的元素Diuj(i=1，2，3，…；j=1，2，3，.......，N)表示第i次循環中假定的第j根索的單位損傷數值，向量D、中的各元素的數值可以相同也可以不同。《=[^Q2C^丫(4)式(4)中元素C、jk(i=1，2，3，..；j=1，2，3，.......，N;k=1，2，3，.......，M;M>N)表示第i次循環由于第j根索有單位損傷時，依據編號規則所對應的第k個指定的被監測量的計算當前數值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式(5)中各量的上標i(i=1，2，3，...)表示第i次循環，下標j(j=1，2，3，.......，N)表示第j根索有單位損傷，式中Diuj是向量Diu中的第j個元素。向量SCS的定義如式(6)所示，Scij的第k(k二1，2，3，.......，M;M^N)個元素S表示第i次循環中，建立矩陣AC1時，假定第j根索有單位損傷時計算所得第k個被監測量的改變量相對于假定的單位損傷Diuj的變化率，其定義如式(7)所示。3c;2";丫(6)《=S^2i(7)式(7)中各量的定義已在前面敘述過。AC'=[W^3C;](8)式(8)中向量ScS(i=1，2，3，.......，j=1，2，3，.......，N)表示第i次循環中，由于第j根索有單位損傷Diuj而引起的、所有被監測量的相對數值變化。矩陣ACi的列(下標j)的編號規則與前面向量《的元素的下標j的編號規則相同。在索結構服役過程中，在每一次循環中，不斷實測獲得索結構支座坐標當前數據，一旦監測到U"不等于U"。，則需要回到第二步對A"。進行更新，對A"。進行更新后再進入本步對ACi進行更新。實際上在每一次循環中ACi是不斷更新的，即在更新當前力學計算基準模型A"。之后，更新索結構單位損傷被監測量變化矩陣AC、第四步識別索系統的當前健康狀態。具體過程如下。第i(i=1，2，3，...)次循環中，索系統"被監測量的當前(計算或實測)數值向量Ci"同"被監測量的初始數值向量Ci。"、"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"和"當前名義損傷向量dV，間的近似線性關系，如式(9)或式(10)所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(9)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(10)式(9)和式(10)中被監測量的當前(計算或實測)數值向量Ci的定義類似于被監測量的初始數值向量Ci。的定義，見式(11);索系統當前名義損傷向量d、的定義見式(12)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(11)式(11)中元素Cik(i=1，2，3，.......；k=1，2，3，.......，M;M>N)是第i次循環時索結構的、依據編號規則所對應的編號為k的被監測量的當前數值。(12)式(12)中d、j(i=1，2，3，.......；j=1，2，3，.......，N)是第i次循環中索系統第j根索的當前名義損傷值，向量《的元素的下標j的編號規則與矩陣AC1的列的編號規則相同。當索實際損傷不太大時，由于索結構材料仍然處在線彈性階段，索結構的變形也較小，式(9)或式(10)所表示的這樣一種線性關系同實際情況的誤差較小，誤差可用誤差向量ei(式(13))定義，表示式(9)或式(10)所示線性關系的誤差。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式(13)中abs()是取絕對值函數，對括號內求得的向量的每一個元素取絕對值。由于式(9)或式(10)所表示的線性關系存在一定誤差，因此不能簡單根據式(9)或式(10)和"被監測量的當前(實測)數值向量ci"來直接求解得到索當前名義損傷向量di。。如果這樣做了，得到的損傷向量di。中的元素甚至會出現較大的負值，也就是負損傷，這明顯是不合理的。因此獲得索損傷向量di。的可接受的解(即帶有合理誤差，但可以比較準確的從索系統中確定受損索的位置及其損傷程度)成為一個合理的解決方法，可用式(14)來表達這一方法。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(14)式(14)中abs()是取絕對值函數，向量描述偏離理想線性關系(式(9)或式(10))的合理偏差，由式(15)定義。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(15)式(15)中gik(i=1，2，3，.......；k=1，2，3，.......，M)描述了第i次循環中偏離式(9)或式(10)所示的理想線性關系的最大允許偏差。向量gi可根據式(13)定義的誤差向量eH式算選定。在被監測量的初始數值向量Ci。(實測或計算得到)、索結構單位損傷被監測量變化矩陣ACi(計算得到)和被監測量的當前數值向量Ci(實測得到)已知時，可以利用合適的算法(例如多目標優化算法)求解式(14)，獲得索系統當前名義損傷向量di。的可接受的解，索系統當前實際損傷向量di(定義見式(16))的元素可以根據式(17)計算得到，也就是得到了索當前實際損傷向量di，從而可由di確定受損索的位置和損傷程度，也就是實現了索系統的健康監測。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(16)式(16)中(^(i=1，2，3，…；j=1，2，3，.......，N)表示第i次循環中第j根索的實際損傷值，其定義見式(17)，(1、.為0時表示第j根索無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力，向量&的元素的編號規則與式(1)中向量di。的元素的編號規則相同。《=1-(1-《)(1_《)(17)式(17)中=1，2，3，4，…；j二l，2，3，.......，N)是向量d、的第j個元素，di。j是向量di。的第j個元素。第五步判斷是否結束本次(第i次)循環，如果是，則完成本次循環結束前的收尾工作，為下一次(即第i+l次，i=1，2，3，4，…)循環準備力學計算基準模型和必要的向量。具體過程如下。在本次(第i次)循環中求得當前名義損傷向量di。后，首先，按照式(18)建立標識向量F、式(19)給出了標識向量Fi的第j個元素的定義；如果標識向量Fi的元素全為O，則在本次循環中繼續對索系統的健康監測和計算；如果標識向量Fi的元素不全為0，則完成后續步驟后，進入下一次循環。所謂的后續步驟為首先，根據式(20)計算得到下一次(即第i+l次，i=1，2，3，4，…)循環所需的初始損傷向量cT1。的每一個元素d,j滯二，在力學計算基準模型Ai(i=1，2，3，4，…)或索結構的無損傷模型A。的基礎上，令索的健康狀況狀況為cT、后更新得到下一次(第i+l次，i=1，2，3，4，…)循環所需的力學計算基準模型#+1;最后，通過對力學計算基準模型^+1的計算得到被監測量的初始數值，由其組成下一次(即第i+l次，i=1，2，3，4，…)循環所需的"被監測量的初始數值向量Ci+10"(i=1，2，3，4，…)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(18)式(18)中標識向量Fi的上標i表示第i次循環，其元素Fi，.(j=1，2，3，…，N)的下標j表示第j根索的損傷特征，只能取0和1兩個量，具體取值規則見式(19)。式(19)中元素Fij是標識向量Fi的第j個元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素(見式(3))，di。j是索系統當前名義損傷向量di。的第j個元素(見式(12))，它們都表示第j根索的相關信息。式(20)中Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素(見式(3))，d、j是索系統當前名義損傷向量d、的第j個元素(見式(12))。本發明的第二部分健康監測系統的軟件和硬件部分。硬件部分包括監測系統(包括被監測量監測系統、索結構支座坐標監測系統)、信號采集器和計算機等。要求實時或準實時監測每一個被監測量，要求實時或準實時監測每一個索結構支座坐標。軟件部分應當能夠完成本發明的第一部分所設定的過程，即完成本發明中所需要的、可以用計算機實現的監測、記錄、控制、存儲、計算、通知、報警等功能。本發明方法具體包括a.設共有N根索，首先確定索的編號規則，按此規則將索結構中所有的索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；b.結構索力數據就由N根支承索的索力來描述；為方便起見，在本發明中將"結構的被監測的索力數據"簡稱為"被監測量";在后面提到"被監測量的某某矩陣或某某向量"時，也可讀成"索力的某某矩陣或某某向量"；c.利用索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d、；如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達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狀態時，向量d1。的各元素數值取0;d.在建立索系統初始損傷向量d1。的同時，直接測量計算得到索結構的所有指定的被監測量，組成"被監測量的初始數值向量C、"；e.在建立索系統初始損傷向量d1。和被監測量的初始數值向量C1。的同時，實測得到索結構的所有索的初始索力數據，實測得到索結構的初始幾何數據；f.建立索結構的初始力學計算基準模型A。，建立初始索結構支座坐標向量U。，建立第一次循環開始時需要的索結構的力學計算基準模型A1;依據索結構竣工之時的索結構的實測數據，該實測數據包括索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據等實測數據，索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據，依據設計圖和竣工圖，利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A。；如果沒有索結構竣工之時的結構的實測數據，那么就在建立健康監測系統前對該索結構進行實測，同樣得到索結構的實測數據，根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，同樣利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A。；不論用何種方法獲得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。的索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量U。；A。和U。是不變的，只在第一次循環開始時建立；第i次循環開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為A、其中i表示循環次數；本發明的申《'=1-(1-《)(1-%巧)請書中字母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；因此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、本發明中A1就等于A。；為敘述方便，命名"索結構當前力學計算基準模型A"。"，在每一次循環中A"。根據需要會不斷更新，每一次循環開始時，A"。等于Ai;同樣為敘述方便，命名"索結構實測支座坐標向量U""，在每一次循環中，不斷實測獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量U"，向量U"的元素與向量U。相同位置的元素表示相同支座的相同方向的坐標；為敘述方便起見，對于第i次循環，將上一次更新A"。時的索結構支座坐標當前數據記為當前索結構支座坐標向量U"。；第一次循環開始時，A"。等于A1，U"。等于U。；g.每一次循環開始時，令A"。等于Ai;實測獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量U"，根據當前索結構實測支座坐標向量U"，在必要時更新索結構當前力學計算基準模型A"。和當前索結構支座坐標向量U"。；h.在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣△Ci和名義單位損傷向量D、；i.實測得到索結構的所有指定被監測量的當前實測數值，組成"被監測量的當前數值向量Ci"。給本步及本步之前出現的所有向量的元素編號時，應使用同一編號規則，這樣可以保證本步及本步之前出現的各向量的、編號相同的元素，表示同一被監測量的、對應于該元素所屬向量所定義的相關信息；j.定義索系統當前名義損傷向量d、和當前實際損傷向量di，損傷向量的元素個數等于索的數量，損傷向量的元素和索之間是一一對應關系，損傷向量的元素數值代表對應索的損傷程度或健康狀態；k.依據"被監測量的當前數值向量Ci"同"被監測量的初始數值向量Ci。"、"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"和"當前名義損傷向量di。"間存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式l，式1中除《外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當前名義損傷向量《；C'《+AC、《式11.利用式2表達的當前實際損傷向量di同初始損傷向量di。和當前名義損傷向量《的元素間的關系，計算得到當前實際損傷向量di的所有元素。《=1-(1-《)(l-《)式2式2中j=1，2，3，......，N。由于當前實際損傷向量di的元素數值代表對應索的損傷程度，所以根據當前實際損傷向量&就能確定有哪些索受損及其損傷程度，即實現了索結構中索系統的健康監測；若當前實際損傷向量的某一元素的數值為O，表示該元素所對應的索是完好的，沒有損傷的；若其數值為100%，則表示該元素所對應的索已經完全喪失承載能力；若其數值介于0和100%之間，則表示該索喪失了相應比例的承載能力。m.在求得當前名義損傷向量d、后，按照式3建立標識向量F、式4給出了標識向量Fi的第j個元素的定義；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>[酬巧《'；5:》4式4中元素&是標識向量P的第j個元素，D、j是名義單位損傷向量D、的第j個元素，d、j是索系統當前名義損傷向量d、的第j個元素，它們都表示第j根索的相關信息。式4中j=1，2，3，，N。n.如果標識向量P的元素全為0，則回到步驟g繼續本次循環；如果標識向量的元素不全為0，則進入下一步、即步驟o。o.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的初始損傷向量di+1。的每一個元素di+1。j;《1^—(1—《)(1—^巧)式5式5中D、j是名義單位損傷向量Diu的第j個元素，d、j是索系統當前名義損傷向量d、的第j個元素，Fij是標識向量Fi的第j個元素。式5中j二l，2，3，……，N。p.在力學計算基準模型Ai的基礎上，令索的健康狀況為dw。后更新得到下一次、即第i+l次循環所需的力學計算基準模型Ai+、即對力學計算基準模型進行了更新；q.通過對力學計算基準模型#+1的計算得到對應于模型#+1的結構的所有被監測量的數值，這些數值組成下一次、即第i+l次循環所需的被監測量的初始數值向量(^+1。；r.建立下一次、即第i+l次循環所需的索結構當前力學計算基準模型A":，即取Ati+1。等于A"。；s.建立下一次、即第1+1次循環所需的當前索結構支座坐標向量^+1。，即取^+1。等于U"。；t.回到步驟g，開始下一次循環。在步驟g中，根據當前索結構實測支座坐標向量U"，在必要時更新索結構當前力學計算基準模型A"。和當前索結構支座坐標向量U"。的具體方法為gl.實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"等于U"。，則不需要對A"。進行更新；g2.實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"不等于U"。，則需要對A"。進行更新，更新方法是先計算U"與U。的差，U"與U。的差就是當前索結構支座關于在建立A。時的索結構支座的當前支座位移，用當前支座位移向量V表示支座位移，當前支座位移向量V中的元素與支座位移分量之間是一一對應關系，當前支座位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移，其中支座位移在重力方向的分量就是支座沉降量；更新A"。的方法是在A。的基礎上令索的健康狀況為索系統初始損傷向量再進一步對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束，當前支座位移約束的數值就取自當前支座位移向量V中對應元素的數值，對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束后，最終得到的就是更新的當前力學計算基準模型A"。，更新A"。的同時，U"。所有元素數值也用U"所有元素數值代替，即更新了U"。，這樣就得到了正確地對應于A"。的U"。。在步驟h中，在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣Ae和名義單位損傷向量D、的具體方法為hi.在第i次循環開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣AC1和名義單位損傷向量Diu;在其它時刻，當步驟g中對A"。進行更新后，必須按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣Ae和名義單位損傷向量Diu，如果在步驟g中沒有對A"。進行更新，則在此處直接轉入步驟i進行后續工作；h2.在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有索的數量，有N根索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同于其他索的單位損傷值，用"名義單位損傷向量D、"記錄所有索的假定的單位損傷，每一次計算得到索結構中所有指定被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有被監測量的當前數值組成一個"被監測量的計算當前數值向量";當假設第j根索有單位損傷時，可用(:^表示對應的"被監測量的計算當前數值向量";在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本發明中其它向量使用同一編號規則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息；h3.每一次計算得到的那個"被監測量的計算當前數值向量(:^"減去"被監測量的初始數值向量ci。"得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的單位損傷值后得到一個"被監測量的數值變化向量SCij";有N根索就有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"依次組成有N列的"單位損傷被監測量變化矩陣ACi";"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"的每一列對應于一個"被監測量的數值變化向量";"單位損傷被監測量變化矩陣"的列的編號規則與當前名義損傷向量《和當前實際損傷向量&的元素編號規則相同。有益效果本發明公開的系統和方法在索結構支座出現沉降的情況下、在有較多的索同步受損的條件下可以非常準確地監測評估出索系統的健康狀態(包括所有受損索的位置和損傷程度)。這是由于"被監測量的當前數值向量C"'同"被監測量的初始數值向量Ci。"、"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"和"當前名義損傷向量dV，間的線性關系是近似的，實際上是非線性的關系，特別是在受損索較多或受損程度較大時，上述量之間的關系的非線性特征更加明顯，為克服此障礙，本發明公開了一種在索結構支座出現沉降的情況下、在小區間內用線性關系逼近該非線性關系的健康監測方法。本發明實際上使用了用線性關系分段逼近非線性關系的方法，將大區間分割成一個個小區間，在每一個小區間內線性關系都是足夠準確的，依據其判斷得到的索系統的健康狀態也是可靠的。因此，在索結構支座出現沉降的情況下，本發明公開的系統和方法對索系統的有效健康監測是非常有益的。具體實施例方式在有支座沉降時，針對索結構的索系統的健康監測，本發明公開了一種能夠合理有效地監測索結構的索系統的每一根索的健康狀況的系統和方法。本發明的實施例的下面說明實質上僅僅是示例性的，并且目的絕不在于限制本發明的應用或使用。在索結構支座出現沉降的情況下，本發明采用的算法用于監測索結構中的索系統的健康狀態。具體實施時，下列步驟是可采取的各種步驟中的一種。第一步確定被監測量的類型、位置和數量，并編號。具體過程為設共有N根索，首先確定索的編號規則，按此規則將索結構中所有的索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。索結構索力數據就由N根支承索的索力來描述。為方便起見，在本發明中將"結構的被監測的索力數據"簡稱為"被監測量"在后面提到"被監測量的某某矩陣或某某向量"時，也可讀成"索力的某某矩陣或某某向量"。第二步利用索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d1。。如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達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狀態時，向量d1。的各元素數值取0。第三步在建立索系統初始損傷向量d1。的同時，直接測量計算得到索結構的所有指定的被監測量，組成"被監測量的初始數值向量C、"。第四步在建立索系統初始損傷向量d、和被監測量的初始數值向量C1。的同時，可以采用成熟的測量方法進行索力測量、應變測量、角度測量和空間坐標測量。同時，直接測量或測量后計算得到索結構的所有索的初始索力和索結構初始幾何形狀數據(對于斜拉橋就是其初始橋型數據)，索結構的初始幾何形狀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就可以確定索結構的幾何特征。對斜拉橋而言，初始幾何形狀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。建立索結構的初始力學計算基準模型A。，建立初始索結構支座坐標向量U。，建立第一次循環開始時需要的索結構的力學計算基準模型A1;依據索結構竣工之時的索結構的實測數據，該實測數據包括索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據等實測數據，索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據，依據設計圖和竣工圖，利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A。；如果沒有索結構竣工之時的結構的實測數據，那么就在建立健康監測系統前對該索結構進行實測，同樣得到索結構的實測數據，根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，同樣利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A。；不論用何種方法獲得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，其間的差異一般不得大于5X;對應于A。的索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量U。；A。和U。是不變的，只在第一次循環開始時建立；第i次循環開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為A、其中i表示循環次數；本發明的申請書中字母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；因此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、本發明中A1就等于A。；為敘述方便，命名"索結構當前力學計算基準模型A"。"，在每一次循環中A"。根據需要會不斷更新，每一次循環開始時，A"。等于Ai;同樣為敘述方便，命名"索結構實測支座坐標向量u""，在每一次循環中，不斷實測獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量U"，向量U"的元素與向量U。相同位置的元素表示相同支座的相同方向的坐標；為敘述方便起見，對于第i次循環，將上一次更新A"。時的索結構支座坐標當前數據記為當前索結構支座坐標向量U"。；第一次循環開始時，A"。等于A1，U"。等于U。。16第五步安裝索結構健康監測系統的硬件部分。硬件部分至少包括被監測量監測系統(例如含加速度傳感器、信號調理器等)、信號(數據)采集器、計算機和通信報警設備。每一個被監測量、每一個索結構的支座坐標都必須被監測系統監測到，監測系統將監測到的信號傳輸到信號(數據)采集器；信號經信號采集器傳遞到計算機；計算機則負責運行索結構的索系統的健康監測軟件，包括記錄信號采集器傳遞來的信號；當監測到索有損傷時，計算機控制通信報警設備向監控人員、業主和(或)指定的人員報警。第六步編制并在監控計算機上安裝索結構的索系統健康監測系統軟件。在每一次循環時都運行該軟件，或者說此軟件始終在運行。該軟件將完成本發明"有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法"任務所需要的監領U、記錄、控制、存儲、計算、通知、報警等功能(即本具體實施方法中所有可以用計算機完成的工作)，并能定期或由人員操作健康監測系統生成索系統健康情況報表，還能依據設定的條件(例如損傷達到某一值)，自動通知或提示監控人員通知特定的技術人員完成必要的計算工作。第七步由此步開始循環運作，為敘述方便記為第i次循環，其中i=1，2，3，4，5，...。實測(例如用全站儀進行測量)獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量U"，根據當前索結構實測支座坐標向量U"，在必要時更新索結構當前力學計算基準模型A"。和當前索結構支座坐標向量U"。。具體方法為實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"等于U"。，則不需要對A"。進行更新；實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"不等于U"。，則需要對A"。進行更新，更新方法是先計算U"與U。的差，U"與U。的差就是當前索結構支座關于在建立A。時的索結構支座的當前支座位移，用當前支座位移向量V表示支座位移，當前支座位移向量V中的元素與支座位移分量之間是一一對應關系，當前支座位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移，其中支座位移在重力方向的分量就是支座沉降量；更新A"。的方法是在A。的基礎上令索的健康狀況為索系統初始損傷向量d:再進一步對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束，當前支座位移約束的數值就取自當前支座位移向量V中對應元素的數值，對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束后，最終得到的就是更新的當前力學計算基準模型A"。，更新A"。的同時，U"。所有元素數值也用U"所有元素數值代替，即更新了U"。，這樣就得到了正確地對應于A"。的U"。。第八步在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu。具體方法為a.在第i次循環開始時或當第七步中對A"。進行更新后，直接按步驟b至步驟d所列方法獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu;在其它時刻，如果在步驟g中沒有對A"。進行更新，則在此處直接轉入第九步進行后續工作；b.在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有索的數量，有N根索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同于其他索的單位損傷值，用"名義單位損傷向量Diu"記錄所有索的假定的單位損傷，每一次計算得到索結構中所有指定被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有被監測量的當前數值組成一個"被監測量的計算當前數值向量"；當假設第j根索有單位損傷時，可用C^.表示對應的"被監測量的計算當前數值向量";在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本發明中其它向量使用同一編號規則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息。c.每一次計算得到的那個"被監測量的計算當前數值向量(:^"減去"被監測量的初始數值向量ci。"得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的單位損傷值后得到一個"被監測量的數值變化向量SCij";有N根索就有N個"被監測量的數值變化向量Scij"(j=1，2，3，…，N)。d.由這N個"被監測量的數值變化向量"依次組成有N列的"單位損傷被監測量變化矩陣ACi";"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"的每一列對應于一個"被監測量的數值變化向量";"單位損傷被監測量變化矩陣"的列的編號規則與當前名義損傷向量《和當前實際損傷向量&的元素編號規則相同。在本步驟中及其后給各向量的元素編號時，應同本發明中其它向量使用同一編號規則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息。第九步建立線性關系誤差向量^和向量gi。利用前面的數據("被監測量的初始數值向量Ci。"、"單位損傷被監測量變化矩陣AC1")，在第八步進行每一次計算的同時，即在每一次計算中假設索系統中只有一根索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷的同時，每一次計算組成一個損傷向量(1\，損傷向量d、的元素個數等于索的數量，向量d、的所有元素中只有一個元素的數值取每一次計算中假設增加單位損傷的索的單位損傷值，d、的其它元素的數值取O，那個不為0的元素的編號與假定增加單位損傷的索的對應關系、同其他向量的同編號的元素同該索的對應關系是相同的；將Citj、Ci。、ACi、dit帶入式(13)，得到一個線性關系誤差向量ei，每一次計算得到一個線性關系誤差向量^;有N根索就有N次計算，就有N個線性關系誤差向量ei，將這N個線性關系誤差向量^相加后得到一個向量，將此向量的每一個元素除以N后得到的新向量就是最終的線性關系誤差向量ei。向量gi等于最終的誤差向量^。將向量gi保存在運行健康監測系統軟件的計算機硬盤上，供健康監測系統軟件使用。第十步將"被監測量的初始數值向量CV'和"單位損傷被監測量變化矩陣AC"'等參數以數據文件的方式保存在運行健康監測系統軟件的計算機硬盤上。實測得到索結構的所有指定被監測量的當前實測數值，組成"被監測量的當前數值向量ci"。第十一步依據"被監測量的當前數值向量Ci"同"被監測量的初始數值向量Ci。"、"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"和"當前名義損傷向量di。"間存在的近似線性關系(式(9))，按照多目標優化算法計算索系統當前名義損傷向量d、的非劣解。可以采用的多目標優化算法有很多種，例如基于遺傳算法的多目標優化、基于人工神經網絡的多目標優化、基于粒子群的多目標優化算法、基于蟻群算法的多目標優化、約束法(ConstrainMethod)、力口權法(WeightedSumMethod)、目標規劃法(GoalAttainmentMethod)等等。由于各種多目標優化算法都是常規算法，可以方便地實現，本實施步驟僅以目標規劃法為例給出求解當前名義損傷向量《的過程，其它算法的具體實現過程可根據18其具體算法的要求以類似的方式實現。按照目標規劃法，式(9)可以轉化成式(21)和式(22)所示的多目標優化問題，式(21)中Yi是一個實數，R是實數域，空間區域Q限制了向量di。的每一個元素的取值范圍(本實施例要求向量di。的每一個元素不小于0，不大于l)。式(21)的意思是尋找一個絕對值最小的實數yi，使得式(22)得到滿足。式(22)中G(d。由式(23)定義，式(22)中加權向量Wi與的積表示式(22)中G(d、)與向量gi之間允許的偏差，gi的定義參見式(15)，其值將在第八步計算得到。實際計算時向量Wi可以與向量gi相同。目標規劃法的具體編程實現已經有通用程序可以直接采用。按照目標規劃法就可以求得當前名義損傷向量《。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>求得當前名義損傷向量di。后，可依據式(17)得到的當前實際損傷向量di每一個元素，當前實際損傷向量di就是帶有合理誤差、但可以比較準確地從所有索中確定受損索的位置及其損傷程度的解。若解得的當前實際損傷向量di的某一元素的數值為0，表示該元素所對應的索是完好的，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，則表示該索喪失了相應比例的承載能力。第十二步在本次循環，即第i次循環中求得當前名義損傷向量di。后，首先，按照式(18)、式(19)建立標識向量F、如果標識向量Fi的元素全為O，則回到第七步繼續本次循環；如果標識向量Fi的元素不全為0，則進入下一步、即第十三步。第十三步根據式(20)計算得到下一次、即第i+l次循環所需的初始損傷向量cT。的每一個元素di+1。j。第十四步在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上，令索的健康狀況為上一步計算得到的向量dw。后，得到新的力學計算基準模型，即下一次(第i+l次)循環所需的力學計算基準模型#+1。第十五步通過對力學計算基準模型Ai+1的計算得到對應于模型Ai+1的結構的所有被監測量的數值，這些數值組成下一次、即第i+l次循環所需的向量ci+1。，即被監測量的初始數值向量。第十六步建立下一次、即第i+l次循環所需的索結構當前力學計算基準模型八"+1。，即取^+1。等于八1+1。第十七步建立下一次、即第i+l次循環所需的當前索結構支座坐標向量U"，即取u":等于u"。。第十八步回到第七步，開始下一次循環。權利要求一種有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法，其特征是該方法包括a.設共有N根索，首先確定索的編號規則，按此規則將索結構中所有的索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；b.結構索力數據就由N根支承索的索力來描述；為方便起見，在本發明中將“結構的被監測的索力數據”簡稱為“被監測量”；在后面提到“被監測量的某某矩陣或某某向量”時，也可讀成“索力的某某矩陣或某某向量”；c.利用索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d1o；如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達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狀態時，向量d1o的各元素數值取0；本步中d1o的上標1表示第一次循環，關于循環次數的表示方法在步驟f中具體說明；d.在建立索系統初始損傷向量d1o的同時，直接測量計算得到索結構的所有指定的被監測量，組成“被監測量的初始數值向量C1o”；本步中C1o的上標1表示第一次循環，關于循環次數的表示方法在步驟f中具體說明；e.在建立索系統初始損傷向量d1o和被監測量的初始數值向量C1o的同時，實測得到索結構的所有索的初始索力數據，實測得到索結構的初始幾何數據；f.建立索結構的初始力學計算基準模型Ao，建立初始索結構支座坐標向量Uo，建立第一次循環開始時需要的索結構的力學計算基準模型A1；本步中A1的上標1表示第一次循環；依據索結構竣工之時的索結構的實測數據，該實測數據包括索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據等實測數據，索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據，依據設計圖和竣工圖，利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型Ao；如果沒有索結構竣工之時的結構的實測數據，那么就在建立健康監測系統前對該索結構進行實測，同樣得到索結構的實測數據，根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，同樣利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型Ao；不論用何種方法獲得Ao，基于Ao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Ao的索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量Uo；Ao和Uo是不變的，只在第一次循環開始時建立；第i次循環開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為Ai，其中i表示循環次數；本發明的申請書中字母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；因此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A1，本發明中A1就等于Ao；為敘述方便，命名“索結構當前力學計算基準模型Atio”，在每一次循環中Atio根據需要會不斷更新，每一次循環開始時，Atio等于Ai；同樣為敘述方便，命名“索結構實測支座坐標向量Uti”，在每一次循環中，不斷實測獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量Uti，向量Uti的元素與向量Uo相同位置的元素表示相同支座的相同方向的坐標；為敘述方便起見，對于第i次循環，將上一次更新Atio時的索結構支座坐標當前數據記為當前索結構支座坐標向量Utio；第一次循環開始時，At1o等于A1，Ut1o等于Uo；g.實測獲得索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量Uti，根據當前索結構實測支座坐標向量Uti，在必要時更新索結構當前力學計算基準模型Atio和當前索結構支座坐標向量Utio；h.在索結構當前力學計算基準模型Atio的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔCi和名義單位損傷向量Diu；i.實測得到索結構的所有指定被監測量的當前實測數值，組成“被監測量的當前數值向量Ci”。給本步及本步之前出現的所有向量的元素編號時，應使用同一編號規則，這樣可以保證本步及本步之前出現的各向量的、編號相同的元素，表示同一被監測量的、對應于該元素所屬向量所定義的相關信息；j.定義索系統當前名義損傷向量dic和當前實際損傷向量di，損傷向量的元素個數等于索的數量，損傷向量的元素和索之間是一一對應關系，損傷向量的元素數值代表對應索的損傷程度或健康狀態；k.依據“被監測量的當前數值向量Ci”同“被監測量的初始數值向量Cio”、“單位損傷被監測量變化矩陣ΔCi”和“當前名義損傷向量dic”間存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式1，式1中除dic外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當前名義損傷向量dic；<mrow><msup><mi>C</mi><mi>i</mi></msup><mo>=</mo><msubsup><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msup><mi>C</mi><mi>i</mi></msup><mo>·</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>c</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow>式1l.利用式2表達的當前實際損傷向量di同初始損傷向量dio和當前名義損傷向量dic的元素間的關系，計算得到當前實際損傷向量di的所有元素。<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>oj</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>cj</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>式2式2中j＝1，2，3，……，N，由于當前實際損傷向量di的元素數值代表對應索的損傷程度，所以根據當前實際損傷向量di就能確定有哪些索受損及其損傷程度，即實現了索結構中索系統的健康監測；若當前實際損傷向量的某一元素的數值為0，表示該元素所對應的索是完好的，沒有損傷的；若其數值為100％，則表示該元素所對應的索已經完全喪失承載能力；若其數值介于0和100％之間，則表示該索喪失了相應比例的承載能力；m.在求得當前名義損傷向量dic后，按照式3建立標識向量Fi，式4給出了標識向量Fi的第j個元素的定義；<mrow><msup><mi>F</mi><mi>i</mi></msup><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>F</mi><mn>1</mn><mi>i</mi></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>F</mi><mn>2</mn><mi>i</mi></msubsup></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd><msubsup><mi>F</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd><mtd><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd><mtd></mtd></mtr></mtable><msubsup><mi>F</mi><mi>N</mi><mi>i</mi></msubsup></mfenced><mi>T</mi></msup></mrow>式3<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><msubsup><mi>d</mi><mi>cj</mi><mi>i</mi></msubsup><mo><</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>uj</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><msubsup><mi>d</mi><mi>cj</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>≥</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>uj</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>式4式4中元素Fij是標識向量Fi的第j個元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素，dicj是索系統當前名義損傷向量dic的第j個元素，它們都表示第j根索的相關信息；式4中j＝1，2，3，……，N；n.如果標識向量Fi的元素全為0，則回到步驟g繼續本次循環；如果標識向量Fi的元素不全為0，則進入下一步、即步驟o；o.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的初始損傷向量di+1o的每一個元素di+1oj；<mrow><msubsup><mi>d</mi><mi>oj</mi><mrow><mi>i</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>oj</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup><mi>D</mi><mi>uj</mi><mi>i</mi></msubsup><msubsup><mi>F</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>式5式5中Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素，dicj是索系統當前名義損傷向量dic的第j個元素，Fij是標識向量Fi的第j個元素。式5中j＝1，2，3，……，N；p.在索結構當前力學計算基準模型Atio的基礎上，令索的健康狀況為di+1o后更新得到下一次、即第i+1次循環所需的力學計算基準模型Ai+1，即對力學計算基準模型進行了更新；q.通過對力學計算基準模型Ai+1的計算得到對應于模型Ai+1的結構的所有被監測量的數值，這些數值組成下一次、即第i+1次循環所需的被監測量的初始數值向量Ci+1o；r.建立下一次、即第i+1次循環所需的索結構當前力學計算基準模型Ati+1o，即取Ati+1o等于Ai+1；s.建立下一次、即第i+1次循環所需的當前索結構支座坐標向量Uti+1o，即取Uti+1o等于Utio；t.回到步驟g，開始下一次循環。2.根據權利要求1所述的有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法，其特征在于在步驟g中，根據當前索結構實測支座坐標向量U"，在必要時更新索結構當前力學計算基準模型A"。和當前索結構支座坐標向量U"。的具體方法為gl.實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"等于U"。，則不需要對A"。進行更新；g2.實測得到當前索結構實測支座坐標向量U"后，比較U"和U"。，如果U"不等于U"。，則需要對A"。進行更新，更新方法是先計算U"與U。的差，U"與U。的差就是當前索結構支座關于在建立A。時的索結構支座的當前支座位移，用當前支座位移向量V表示支座位移，當前支座位移向量V中的元素與支座位移分量之間是一一對應關系，當前支座位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移，其中支座位移在重力方向的分量就是支座沉降量；更新A"。的方法是在A。的基礎上令索的健康狀況為索系統初始損傷向量d:再進一步對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束，當前支座位移約束的數值就取自當前支座位移向量V中對應元素的數值，對A。中的索結構支座施加當前支座位移約束后，最終得到的就是更新的當前力學計算基準模型A"。，更新A"。的同時，U"。所有元素數值也用U"所有元素數值代替，即更新了U"。，這樣就得到了正確地對應于A"。的U"。。3.根據權利要求1所述的有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法，其特征在于在步驟h中，在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣AC1和名義單位損傷向量Diu的具體方法為hl.在第i次循環開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣Ae和名義單位損傷向量D、；在其它時刻，當步驟g中對A"。進行更新后，必須按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣Ae和名義單位損傷向量D、，如果在步驟g中沒有對A"。進行更新，則在此處直接轉入步驟i進行后續工作；h2.在索結構當前力學計算基準模型A"。的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有索的數量，有N根索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同于其他索的單位損傷值，用"名義單位損傷向量Diu"記錄所有索的假定的單位損傷，每一次計算得到索結構中所有指定被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有被監測量的當前數值組成一個"被監測量的計算當前數值向量";當假設第j根索有單位損傷時，可用Citj表示對應的"被監測量的計算當前數值向量"；在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本發明中其它向量使用同一編號規則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息；h3.每一次計算得到的那個"被監測量的計算當前數值向量Citj"減去"被監測量的初始數值向量ci。"得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的單位損傷值后得到一個"被監測量的數值變化向量SCij";有N根索就有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"依次組成有N列的"單位損傷被監測量變化矩陣ACi";"單位損傷被監測量變化矩陣ACi"的每一列對應于一個"被監測量的數值變化向量";"單位損傷被監測量變化矩陣"的列的編號規則與當前名義損傷向量d、和當前實際損傷向量&的元素編號規則相同。全文摘要有支座沉降時基于索力監測的索系統的遞進式健康監測方法基于索力監測、通過監測結構支座坐標來決定是否需要再次更新結構的力學計算基準模型，考慮到了被監測量的當前數值向量同被監測量的初始數值向量、單位損傷被監測量變化矩陣和當前名義損傷向量間的線性關系是近似的，為克服此缺陷，本發明給出了使用線性關系分段逼近非線性關系的方法，將大區間分割成連續的一個個小區間，在每一個小區間內上述線性關系都是足夠準確的，在每一個小區間內可以利用多目標優化算法等合適的算法算出當前索損傷向量的非劣解，據此可以比較準確地確定受損索的位置及其損傷程度。文檔編號G01M19/00GK101793621SQ20101012730公開日2010年8月4日申請日期2010年3月17日優先權日2010年3月17日發明者韓玉林申請人:東南大學