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T。的同时，也就是在获得初始索结构稳态温度数 据向量T ci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、初始索结构支座空间坐标数据、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分布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分布载荷，本方法中取Clci的该元素数值为0，代表这个分布载荷的变化 的初始数值为〇 ;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组成初始索结构支座空间坐标向量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 使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数、初始索结构支座空间坐标向量U。、 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；第一次建立计入"索结构稳态温度数据"的索结构的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C tci和"当前初始索结构稳态温度数据向量T tZ ;第一次建立索结 构的当前初始力学计算基准模型Atci和被监测量当前初始数值向量C \时，索结构的当前初 始力学计算基准模型AV就等于索结构的初始力学计算基准模型A ^，被监测量当前初始数 值向量CV就等于被监测量初始数值向量C \对应的"索结构稳态温度数据"称为"当前 初始索结构稳态温度数据"，记为"当前初始索结构稳态温度数据向量IV'，第一次建立索结 构的当前初始力学计算基准模型Atci时，T V就等于Tci;对应于索结构的当前初始力学计算基 准模型Atci的索结构支座空间坐标数据组成当前初始索结构支座空间坐标向量U \，第一次 建立索结构的当前初始力学计算基准模型Atci时，U V就等于U \的被评估对象的初始健 康状态与A。的被评估对象的健康状态相同，也用被评估对象初始损伤向量d。表示，在后面 的循环过程中Atci的被评估对象的初始健康状态始终用被评估对象初始损伤向量Clci表示； Tc^Uci和Clci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；T t^Utci和Clci是 Atci的参数，C \由A \的力学计算结果组成； e. 从这里进入由第e步到第m步的循环；在结构服役过程中，不断按照"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，"索结构稳 态温度数据"的当前数据称为"当前索结构稳态温度数据"，记为"当前索结构稳态温度数据 向量T t'向量Tt的定义方式与向量Tci的定义方式相同；在实测得到当前索结构稳态温度数 据向量T t的同一时刻，实测得到索结构支座空间坐标当前数据，所有索结构支座空间坐标 当前数据组成当前索结构实测支座空间坐标向量U t,向量Ut的定义方式与向量Uci的定义方 式相同； f. 根据当前索结构实测支座空间坐标向量Ut和当前索结构稳态温度数据向量Tt，按照 步骤Π 至f3更新当前初始力学计算基准模型Atci、当前初始索结构支座空间坐标向量U: 被监测量当前初始数值向量C tci和当前初始索结构稳态温度数据向量T η.分别比较Ut与u t。、τ t。，如果Ut等于u \且τ t等于τ t。，则At。、if。、Ctci和τ t。保 持不变，否则需要按下列步骤对At。、lf。、Ctci和T t。进行更新； f2.计算Ut与U ^的差，U t与U ^的差就是索结构支座关于初始位置的支座线位移，用支 座线位移向量V表示支座线位移，V等于Ut减去U。，支座线位移向量V中的元素与支座线位 移分量之间是一一对应关系，支座线位移向量V中一个元素的数值对应于一个指定支座的 一个指定方向的线位移；计算T t与T ^的差，T t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，1^与T。的差用稳态温度变化向量S表示，S等于T t减去 T。，S表示索结构稳态温度数据的变化； f3.先对A。中的索结构支座施加支座线位移约束，支座线位移约束的数值就取自支座 线位移向量V中对应元素的数值，再对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。中索结构支座施加支座线位移约束且对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Atci，更新Atci的同时，U \所有元 素数值也用Ut所有元素数值对应代替，即更新了 U ^Ttci所有元素数值也用Tt的所有元素数 值对应代替，即更新了 Ttci，这样就得到了正确地对应于Atci的T \和U 更新C \的方法是： 当更新Atci后，通过力学计算得到Atci中所有被监测量的、当前的具体数值，这些具体数值组 成C tci5A \的支承索的初始健康状态始终用被评估对象初始损伤向量d。表示； g. 在当前初始力学计算基准模型Atci的基础上按照步骤gl至g4进行若干次力学计算， 通过计算获得索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵A C和被评估对象单位变化向量Du; gl.索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵A C是不断更新的，即在更新当前初始力 学计算基准模型A:当前初始索结构支座空间坐标向量Utci、被监测量当前初始数值向量Ctci 和当前初始索结构稳态温度数据向量Ttci之后，必须接着更新索结构单位损伤被监测量数 值变化矩阵A C和被评估对象单位变化向量Du; g2.在索结构的当前初始力学计算基准模型Atci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分布载荷的 基础上再增加单位损伤或分布载荷单位变化，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在向量Cl ci表示的该支承索已有损伤的基础上再增加单位损 伤，如果该被评估对象是一个分布载荷，就假设该分布载荷在向量d。表不的该分布载荷已 有变化量的基础上再增加分布载荷单位变化，用D uk记录这一增加的单位损伤或分布载荷 单位变化，其中k表示增加单位损伤或分布载荷单位变化的被评估对象的编号，D uk是被评 估对象单位变化向量Du的一个元素，被评估对象单位变化向量Du的元素的编号规则与向量 d。的元素的编号规则相同；每一次计算中增加单位损伤或分布载荷单位变化的被评估对象 不同于其它次计算中增加单位损伤或分布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，被监测量计算当前向量的元素编号规则与被监 测量初始数值向量C。的元素编号规则相同； g3.每一次计算得到的被监测量计算当前向量减去被监测量当前初始数值向量Ctci得 到一个向量，再将该向量的每一个元素都除以该次计算所假设的单位损伤或分布载荷单位 变化数值，得到一个被监测量单位变化向量，有N个被评估对象就有N个被监测量单位变化 向量； g4.由这N个被监测量单位变化向量按照N个被评估对象的编号规则，依次组成有N 列的索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC ;索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵 AC的每一列对应于一个被监测量单位变化向量；索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵 A C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分布载荷单位变化 时的不同的单位变化幅度；索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC的列的编号规则与 向量Cl ci的元素的编号规则相同，索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵△ C的行的编号规 则与M个被监测量的编号规则相同； h. 在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同时，实测得到在获得当前索结构稳 态温度数据向量Tt的时刻的同一时刻的索结构的所有被监测量的当前实测数值，组成被监 测量当前数值向量C ;被监测量当前数值向量C和被监测量当前初始数值向量Ctci与被监测 量初始数值向量C。的定义方式相同，三个向量的相同编号的元素表示同一被监测量在不同 时刻的具体数值； i. 定义被评估对象当前名义损伤向量d，被评估对象当前名义损伤向量d的元素个数 等于被评估对象的数量，被评估对象当前名义损伤向量d的元素和被评估对象之间是一一 对应关系，被评估对象当前名义损伤向量d的元素数值代表对应被评估对象的名义损伤程 度或名义分布载荷变化量；向量d的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同； j. 依据被监测量当前数值向量C同被监测量当前初始数值向量Ctci、索结构单位损伤 被监测量数值变化矩阵A C和待求的被评估对象当前名义损伤向量d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外的其它量均为已知，求解式1就可以算出被 评估对象当前名义损伤向量d ;k. 定义被评估对象当前实际损伤向量da，被评估对象当前实际损伤向量da的元素个数 等于被评估对象的数量，被评估对象当前实际损伤向量d a的元素和被评估对象之间是一一 对应关系，被评估对象当前实际损伤向量da的元素数值代表对应被评估对象的实际损伤程 度或实际分布载荷变化量；向量d a的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规则相同； l. 利用式2表达的被评估对象当前实际损伤向量da的第k个元素 d\同被评估对象初 始损伤向量d。的第k个元素 d Α和被评估对象当前名义损伤向量d的第k个元素 dk间的关 系，计算得到被评估对象当前实际损伤向量da的所有元素；式2中k = 1，2, 3,…….，N，d\表示第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O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d a能够确定有哪些支承索受损及其损伤程 度； m. 回到第e步，开始由第e步到第m步的下一次循环。
【专利摘要】精简线位移空间坐标监测受损索载荷识别方法基于空间坐标监测，通过监测支座线位移、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，得到计入支座线位移、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，据此可以在有支座线位移和温度变化时，剔除干扰因素的影响，识别出受损索。
【IPC分类】G01K13/00, G01B21/02, G01M99/00
【公开号】CN105067318
【申请号】CN201510439191
【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