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°〇,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、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d。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0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d。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 ; 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。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A。，基于A。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A。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A。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。由A。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"。，乂和A1。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V。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。屮。 表示该次循环开始时索结构A1。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，必的元素与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Ai。的所有被监测量的具 体数值#。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Ai。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，di。记为di。，建立d1。的方法为使di。等于d。;第一次循环 开始时，C1。记为C、建立C1。的方法为使Ci。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T1，向量f的定义方式与向量T。 的定义方式相同，疒的元素与T。的元素一一对应；在实测得到向量!^的同时，实测得到在 获得当前索结构稳态温度数据向量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C1的定义方式与向量C。的定义方式 相同，(^的元素与C。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的同时，对新增加的112根传感索进行无损检测，从中鉴别出 出现损伤或松弛的传感索，依据被监测量编号规则，从本方法之前出现的按照被监测量编 号规则编号的各向量中去除与鉴别出的出现损伤或松弛的传感索对应的元素，在本方法之 后出现的各向量和矩阵中也不再出现与鉴别出的出现损伤或松弛的传感索对应的元素，在 本方法之后提到传感索时不再包括这里被鉴别出出现损伤或松弛的传感索，在本方法之后 提到被监测量时不再包括这里被鉴别出出现损伤或松弛的传感索的索力；从索结构上鉴别 出几根出现损伤或松弛的传感索，就将仏和M减小同样的数量； g. 根据当前索结构稳态温度数据向量TS按照步骤gl至g3更新当前初始力学计算基 准模型A:被监测量当前初始数值向量C1。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.比较疒与T。如果f等于T。则A:C1。和T^保持不变；否则需要按下列步骤对 <、吣和1^。进行更新； g2.计算1"与1\的差，1^与1\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，"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； 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A。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V。 的同时，f。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V。的TU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 前初始损伤向量士。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Ci。； 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△C1和被评估对象单位变化向量D、； 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ACiPDU在其它 时刻，当在步骤g中对V。进行更新后，必须按步骤h2至步骤h4所列方法重新获得AC4口 D、，如果在步骤g中没有对A1。进行更新，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 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载荷，就假设该载荷再增加载荷 单位变化，用D、记录这一增加的单位损伤或载荷单位变化，其中k表示增加单位损伤或载 荷单位变化的被评估对象的编号，D、是被评估对象单位变化向量D^的一个元素，被评估 对象单位变化向量的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同；每一次计算中 再增加单位损伤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载荷单位变化时，用C、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 规则，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、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(^减去向量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载荷单位变化数值后得到一个"被监测量的数值变化 向量SCY';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々(^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AC1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△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士。和当前实际损伤向量dS<和d4勺元素个数等于被评估 对象的数量，士。和d1的元素和被评估对象之间是--对应关系，d~的元素数值代表对应被 评估对象的名义损伤程度或名义载荷变化量，士。和d1与被评估对象初始损伤向量d。的元 素编号规则相同，f。的元素、d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f。"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中除士。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 量屮。 ； C'-C：+AC.< 式 1 k. 利用式2表达的当前实际损伤向量f的第k个元素d\同被评估对象当前初始损伤 向量士。的第k个元素d、和当前名义损伤向量d匕的第k个元素d^间的关系，计算得到 当前实际损伤向量士的所有元素；式2中k= 1，2, 3,……，N;(1\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(1\表示其当前实际损伤，（1\为0时 表示无损伤，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；至此本方法实现了剔除载荷变化和结构温度变化的影响的、索结构 的受损索识别； l. 在求得当前名义损伤向量d1。后，按照式3建立标识向量B1，式4给出了标识向量B1 的第k个元素的定义；式4中元素是标识向量B1的第k个元素，D、是被评估对象单位变化向量D乂的第k个元素，d^k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n; 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 di+1。的每一个元素；式5中cT、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di+1。的第k个元素，d、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; 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Ti+1。等于第i次循环的当前初始索结构稳态温度数据向量T。 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di+1。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Ai+1;得到Ai+1后，通过力学计算得到Ai+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Ci+1。； q.回到步骤f，开始下一次循环。
【专利摘要】精简索力监测受损索载荷递进式识别方法基于索力监测、通过监测索结构温度、环境温度、载荷变化程度和受损索损伤程度来决定是否需要更新索结构的力学计算基准模型，得到新的计入载荷变化程度、受损索损伤程度、温度的索结构的力学计算基准模型，在此模型的基础上依据被监测量的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当前名义损伤向量间存在的近似线性关系，据此可以在有温度变化时，能够剔除干扰因素的影响，准确地识别受损索。
【IPC分类】G01D21/02, G01M13/00
【公开号】CN104990588
【申请号】CN201510439165
【发明人】韩玉林, 韩佳邑
【申请人】东南大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月23日