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.实测或查资料得到索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数； C.在实测或查资料得到索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数的同时，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，初始索结构支座广义坐标数据包括初始索结构支座空间坐标数据和初始索结构 支座角坐标数据，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 (；，被监测量初始数值向量C ci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Cl ci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 ;初始索结构支座广义坐标数据 组成初始索结构支座广义坐标向量U。； 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 使用的各种材料的物理和力学性能参数、初始索结构支座广义坐标向量Uci和前面步骤得到 的所有的索结构数据，建立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A ci的索结构支座广义 坐标数据就是初始索结构支座广义坐标向量Uci;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 Cci表示；U ^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U。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 1ci;第i次循环开始时，对应于A \的"索结构支座广义 坐标数据"用当前初始索结构支座广义坐标向量U1。表示，向量U ^的定义方式与向量U。的 定义方式相同，U1。的元素与U。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 1。，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C 1ci表示，向量C 的定义方式与向量C0 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C ^表示对 应于A1。的所有被监测量的具体数值；U \和d i。是A i。的特性参数，C i。由A \的力学计算结果 组成；第一次循环开始时，A1。记为A彳，建立A1。的方法为使A 等于A。;第一次循环开始时， U1。记为U I建立U1。的方法为使U \等于U。;第一次循环开始时，d 记为d。建立d1。的方 法为使d1。等于d。;第一次循环开始时，C \记为C彳，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，不断实测得到索结构支 座广义坐标当前数据，所有索结构支座广义坐标当前数据组成当前索结构实测支座广义坐 标向量U 1，向量U1的定义方式与向量U。的定义方式相同，U1的元素与U。的元素-对应；在 实测得到向量U 1的同时，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C 1的定义方式与向量C ^的定义方式相同，C 1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；在实测得到被监测量当前数值向量C1 的同一时刻，对新增加的1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1和M减小同样的数量； g. 根据当前索结构实测支座广义坐标向量U1，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C 1c^P当前初始索结构支座广义坐标向量U。 而被评估对象当前初始损伤向量d1。保持不变； gl.比较U1与U ，如果U1等于U \，则A1c^ C1c^P U ^保持不变，否则需要按下列步骤对 A1。、C1。和U \进行更新； g2.计算U1与U ^的差，U 1与U ^的差就是索结构支座关于初始位置的支座广义位移，用 支座广义位移向量V表示支座广义位移，V等于U1减去U。； g3.对A。中的索结构支座施加支座广义位移约束，支座广义位移约束的数值就取自支 座广义位移向量V中对应元素的数值，对A。中的索结构支座施加支座广义位移约束后得到 更新的当前初始力学计算基准模型A1ci，更新同时，U \所有元素数值也用U 1所有元素 数值对应代替，即更新了 U1ci,这样就得到了正确地对应于A1c^ U ，此时Cl1ci保持不变；当更 新A1。后，A \的索的健康状况用被评估对象当前初始损伤向量d 表示，A 的支座广义坐标 用当前初始索结构支座广义坐标向量U1ci表示；更新C \的方法是：当更新A \后，通过力学 计算得到A1ci中所有被监测量的、当前的具体数值，这些具体数值组成C。 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载荷，就假设该载荷再增加载荷 单位变化，用D 1uk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 1uk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D1u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(：\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 1tk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C1tl^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δ 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A C1的列的编号规则与向量Clci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 、d 1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A C1"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d 1。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。；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；式2中k = 1，2, 3,……，N ;cTk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，d \为O时 表示无损伤，为100%时表示该支承索彻底丧失承载能力，介于〇与100%之间时表示丧失 相应比例的承载能力；所以根据被评估对象当前实际损伤向量Cf能够确定核心被评估对象 的健康状态； 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；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；式5中(11+、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 B1的第k个元素，式5中k = 1，2, 3,……，N ; 〇.在初始力学计算基准模型A。的基础上，先对A。中的索结构支座施加支座广义位移 约束，支座广义位移约束的数值就取自支座广义位移向量V中对应元素的数值，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 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+Ι次循环所需的被监测量当前初始数值向量C 1'; P.取下一次、即第i+Ι次循环所需的当前初始索结构支座广义坐标向量U1'等于第i 次循环的当前初始索结构支座广义坐标向量U1。； q.回到步骤f，开始下一次循环。
【专利摘要】精简广义位移索力监测载荷受损索递进式识别方法基于索力监测、通过监测支座广义位移、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，得到新的计入支座广义位移、载荷变化程度和受损索损伤程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，据此可以识别出核心被评估对象的健康状态。
【IPC分类】G01M99/00, G01L5/00, G01B21/02
【公开号】CN105067299
【申请号】CN201510437679
【发明人】韩玉林, 韩佳邑
【申请人】东南大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月23日