专利名称：：基于应变监测的识别松弛的支承索的递进式健康监测方法
技术领域：
：本发明基于应变等量的监测，公开了一种识别索结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的索系统(指所有承载索)中的需调整索力的支承索，并给出具体的索长调整量，属工程结构安全领域。
背景技术：
：索系统通常是索结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的关键组成部分，由于松弛等原因，新结构竣工一段时间后支承索的索力通常会发生变化，结构长期服役后其支承索的松弛也会引起支承索索力的变化，这些变化都将引起结构内力的变化，对结构的安全造成不良影响，严重时将会引起结构的失效，因此准确及时地识别需调整索力的支承索是非常必要的。支承索系统的健康状态发生变化(例如发生松弛、损伤等)后，除了会引起索力的变化外，还会引起结构的其它可测量参数的变化，例如还会影响索结构的变形或应变，因此应变的变化包含了索系统的健康状态信息，也就是说可以利用结构应变数据判断结构的健康状态，因此可以基于应变监测来识别需调整索力的索，这样就必须有一个能够合理有效的建立被监测量同所有索的特征参数间(具体根据索的特征参数来表征需调整索力的索)的关系的方法，基于该方法建立的需调整索力的支承索的识别结果才会更可信。
发明内容技术问题本发明的目的是提供一种基于应变等量的监测的、能够合理有效地识别需调整索力的支承索的递进式健康监测方法，针对索结构中索系统的健康监测问题，通过对索结构的应变等量进行监测，公开了一种递进式地、能够合理有效地识别需调整索力的支承索的结构健康监测方法。依据支承索的索力变化的原因，可将支承索的索力变化分为两种情况一是支承索受到了损伤，例如支承索出现了局部裂纹和锈蚀等等；二是支承索并无损伤，但索力也发生了变化，出现这种变化的主要原因之一是支承索自由状态(此时索张力也称索力为0)下的索长度(称为自由长度，本发明专指支承索两支承端点间的那段索的自由长度)发生了变化。本发明的主要目的之一就是要识别出自由长度发生了变化的支承索，并识别出它们的自由长度的改变量，此改变量为该索的索力调整提供了直接依据。支承索自由长度发生变化的原因不是单一的，为了方便，本发明将自由长度发生变化的支承索统称为松弛索。技术方案本发明由三大部分组成。分别是建立用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于应变等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法、用于识别索系统的需调整索力的支承索的结构健康监测系统的软件和硬件部分。本发明的第一部分建立用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法，以及基于知识库(含参量)和实测信息的识别需调整索5力的支承索的方法。可按如下步骤依次循环往复地、递进式进行，以获得更准确的索系统的健康状态评估。第一步每一次循环开始时，首先需要建立或已建立本次循环开始时的索系统初始虚拟损伤向量d。i(i=1，2，3，…。因为支承索实际上可能是松弛而没有损伤，为表示区别，这里称"虚拟损伤"，后同)和结构的力学计算基准模型Ai(例如有限元基准模型，i=1，2，3，…)，上标i表示第i次循环。第i次循环开始时需要的索系统"初始虚拟损伤向量记为d。i"(如式(1)所示)，用d。i表示该次循环开始时索结构(用力学计算基准模型A1表示)的索系统的健康状态。《2《W(1)式(1)中=1，2，3，…;j=1，2，3，.......，N)表示第i次循环开始时、力学计算基准模型A1中的索系统的第j根索的初始虚拟损伤值，di。j为0时表示第j根索无损伤无松弛，为100%时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100%之间时表示第j根索丧失相应比例的承载能力。式(1)中T表示向量的转置(后同)。设索系统中共有N根索，第一次循环开始时建立索系统初始虚拟损伤向量(依据式(1)记为d1。)时，利用索的无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据建立索系统初始虚拟损伤向量d1。。如果没有索的无损检测数据及其他能够表达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d1。的各元素数值取0。第i次(i=2，3，4，5，6…)循环开始时需要的索系统初始虚拟损伤向量是在前一次(即第i-l次，i=2，3，4，5，6…)循环结束前计算获得的，具体方法在后文叙述。第i次循环开始时需要建立的力学计算基准模型或已建立的力学计算基准模型记为A、第一次循环开始时建立的索结构的力学计算基准模型记为A1，A1是根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据(一般包括索力数据、结构角度数据、形状数据、空间坐标数据、应变数据、结构模态数据等实测数据，对斜拉桥、悬索桥而言是桥的索力数据、桥型数据、应变数据、角度数据、桥的模态数据等实测数据)等反映索结构建成时初始状态的数据，或反映安装健康监测系统时索结构当前状态的数据，利用力学方法(例如有限元法)建立该结构的力学计算基准模型(例如有限元基准模型)，基于该计算基准模型计算得到的结构计算数据(对斜拉桥、悬索桥而言是桥的索力数据、桥型数据、应变数据、角度数据等实测数据)必须非常接近其实测数据，误差一般不得大于5%。这样可保证在此计算基准模型上计算所得的模拟情况下的数据(例如索力数据、应变数据、角度数据、结构形状计算数据和空间坐标计算数据等)可靠地接近模拟情况真实发生时的实测数据。第i次(i=2，3，4，5，6…)循环开始时需要的力学计算基准模型A、是在前一次(即第i-l次，i=2，3，4，5，6…)循环结束前计算获得的，具体方法在后文叙述。已有力学计算基准模型A1和索系统初始虚拟损伤向量d1。后，模型A1中的各索的虚拟损伤由向量d1。表达。在A1的基础上，将所有索的虚拟损伤值变更为0，力学模型A1更新为一个所有索的虚拟损伤都为0的力学模型(记为A°)，力学模型A°实际上是完好无损无松弛的索结构对应的力学模型。不妨称模型A°为索结构的无损伤无松弛模型A°。"结构的全部被监测的应变数据"可由结构上K个指定点的、及每个指定点的L个指定方向的应变来描述，结构应变数据的变化就是K个指定点的所有应变分量的变化。每次共有M(M=KXL)个应变测量值或计算值来表征结构应变。K和M不得小于索的数量N。为方便起见，在本发明中将"结构的被监测的应变数据"简称为"被监测量"。本发明用"被监测量的初始数值向量Ci。"(i=1，2，3，…)表示第i次(i=1，2，3，4，5，6…)循环开始时所有指定的被监测量的初始值(参见式(2))，Ci。的全称为"第i次循环被监测量的初始数值向量"。《2Q(2)式(2)中C^(i=1，2，3，…;k=1，2，3，.，M;M>N;)是第i次循环开始时、索结构中第k个被监测量。向量Ci。是由前面定义的M个被监测量依据一定顺序排列而成，对此排列顺序并无特殊要求，只要求后面所有相关向量也按此顺序排列数据即可。第一次循环开始时，"第1次循环被监测量的初始数值向量C、"(见式(2))由实测数据组成，由于根据模型A1计算所得被监测量的初始数值可靠地接近于相对应的实测数值，在后面的叙述中，将用同一符号来表示该计算值组成向量和实测值组成向量。第i次(i=2，3，4，5，6…)循环开始时需要的"第i次循环被监测量的初始数值向量CV'，是在前一次(即第i-l次，i=2，3，4，5，6-)循环结束前计算获得的，具体方法在后文叙述。第二步每一次循环需建立"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"，第i次循环建立的"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"记为AC、i=1，2，3，…)。第一次循环建立的索结构"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"记为AC1。建立A^的过程如下在索结构的力学计算基准模型A1的基础上进行若干次计算，计算次数数值上等于所有索的数量。每一次计算假设索系统中只有一根索在原有虚拟损伤(原有虚拟损伤可以为0，也可以不为0，具体数值与向量d1。的对应元素的数值相同)的基础上再增加虚拟单位损伤(单位损伤应较小，例如取5%、10%、20%或30%等损伤为虚拟单位损伤)。为方便计算，每一次循环中设定虚拟单位损伤时可以都是把该次循环开始时的结构健康状态当成是完全健康的，并在此基础上设定虚拟单位损伤(在后续步骤中计算出的索的损伤数值被称为名义虚拟损伤d、(i=1，2，3，…)，都是相对于将该次循环开始时的、将索的健康状态当成是完全健康而言的，因此必须依据后文给出的公式将计算出的名义虚拟损伤值换算成真实虚拟损伤值)。同一次循环的每一次计算中出现虚拟损伤的索不同于其它次计算中出现虚拟损伤的索，并且每一次假定有虚拟损伤的索的虚拟单位损伤值可以不同于其他索的虚拟单位损伤值，用"名义虚拟单位损伤向量Diu"(如式(3)所示)记录各次循环中所有索的假定的虚拟单位损伤，第一次循环时记为D、，每一次计算都利用力学方法(例如有限元法)计算索结构的、在前面已指定的M个被监测量的当前计算值，每一次计算所得M个被监测量的当前计算值组成一个"被监测量的计算当前数值向量"(当假设第j根索有单位损伤时，可用式(4)表示所有指定的M个被监测量的计算当前数值向量C、.)；每一次计算得到的"被监测量的计算当前数值向量C、."减去"被监测量的初始数值向量C、"，所得向量就是此条件下(以有虚拟单位损伤的索的位置或编号等为标记)的"被监测量的数值变化向量"(当第j根索有单位损伤时，用sc、表示"被监测量的数值变化向量"，SC、的定义见式(5)、式(6)和式(7)，式(5)为式(4)减去式(2)后再除以向量D、的第j个元素Duj所得)，被监测量的数值变化向量SC1,.的每一元素表示由于计算时假定有虚拟单位损伤的那根索(例如第j根索)的虚拟单位损伤(例如Duj)，而引起的该元素所对应的被监测量的数值改变量相对于假定的虚拟单位损伤Duj的变化率；有N根索就有N个"被监测量的数值变化向量"，每个被监测量的数值变化向量有M(—般的，M^N)个元素，由这N个"被监测量的数值变化向量"依次组成有MXN个元素的"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"(M行N列)，每一个向量SC、(j=1，2，3，.......，N)是矩阵AC1的一列，AC1的定义如式(8)所示。化2%化w丫(3)式(3)中名义虚拟单位损伤向量Diu的元素Diuj(i=1，2，3，…；j二l，2，3，.......，N)表示第i次循环中假定的第j根索的虚拟单位损伤数值，向量D、中的各元素的数值可以相同也可以不同。C卜[C;'CJ2Q;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次循环由于第j根索有名义虚拟单位损伤时，依据编号规则所对应的第k个指定的被监测量的计算当前数值。JC)=^^(5)式(5)中各量的上标i(i=1，2，3，...)表示第i次循环，下标j(j=1，2，3，.......，N)表示第j根索有名义虚拟单位损伤，式中D、j是向量D、中的第j个元素。向量的定义如式(6)所示，Scij的第k(k二1，2，3，.......，M;M^N)个元素S表示第i次循环中，建立矩阵AC1时，假定第j根索有名义虚拟单位损伤时计算所得第k个被监测量的改变量相对于假定的名义虚拟单位损伤0^的变化率，其定义如式(7)所示。^c;+c;,;2;丫'(6)C,一C、A^r^"(7)式(7)中各量的定义已在前面叙述过。AC'=[5C(<(8)式(8)中向量ScS(i=1，2，3，.......，，j=1，2，3，.......，N)表示第i次循环中，由于第j根索有名义虚拟单位损伤D、j而引起的、所有被监测量的相对数值变化。矩阵AC1的列(下标j)的编号规则与前面向量《的元素的下标j的编号规则相同。第三步识别索系统的当前健康状态。具体过程如下。第i(i=1，2，3，...)次循环中，索系统"被监测量的当前(计算或实测)数值向量Ci"同"被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC"'和"当前名义虚拟损伤向量di。"间的近似线性关系，如式(9)或式(10)所示。C'=C;,+AC'*《.(9)C'-C:-AC'、《(10)式(9)和式(10)中被监测量的当前(计算或实测)数值向量Ci的定义类似于被监测量的初始数值向量Ci。的定义，见式(11);索系统"当前名义虚拟损伤向量di。"的定义见式(12)。c'-[c;c(qJ'(ii)式(11)中元素Cik(i=1，2，3，.......；k=1，2，3，.......，M;M>N)是第i次循环时索结构的、依据编号规则所对应的编号为k的被监测量的当前数值。《J(12)式(12)中d、j(i=1，2，3，.......；j=1，2，3，.......，N)是第i次循环中索系统第j根索的当前名义虚拟损伤值，向量《的元素的下标j的编号规则与矩阵AC1的列的编号规则相同。当索实际损伤不太大时，由于索结构材料仍然处在线弹性阶段，索结构的变形也较小，式(9)或式(10)所表示的这样一种线性关系同实际情况的误差较小，误差可用误差向量ei(式(13))定义，表示式(9)或式(10)所示线性关系的误差。e'=afo(AC'《:-C'+Q(13)式(13)中abs()是取绝对值函数，对括号内求得的向量的每一个元素取绝对值。由于式(9)或式(10)所表示的线性关系存在一定误差，因此不能简单根据式(9)或式(10)和"被监测量的当前(实测)数值向量ci"来直接求解得到"当前名义虚拟损伤向量《"。如果这样做了，得到的向量di。中的元素甚至会出现较大的负值，也就是负损伤，这明显是不合理的。因此获得向量《的可接受的解(即带有合理误差，但可以比较准确地确定虚拟受损索的位置及其虚拟损伤程度)成为一个合理的解决方法，可用式(14)来表达这一方法。血(AC'、《-C'+C》^g'(14)式(14)中abs()是取绝对值函数，向量gi描述偏离理想线性关系(式(9)或式(10))的合理偏差，由式(15)定义。g'=[g;g;g二g;丫(15)式(15)中gik(i=1，2，3，.......；k=1，2，3，.......，M)描述了第i次循环中偏离式(9)或式(10)所示的理想线性关系的最大允许偏差。向量gi可根据式(13)定义的误差向量eH式算选定。在"被监测量的初始数值向量C、"(实测或计算得到)、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"(计算得到)禾P"被监测量的当前数值向量Ci"(实测得到)已知时，可以利用合适的算法(例如多目标优化算法)求解式(14)，获得"当前名义虚拟损伤向量di。"的可接受的解，然后"当前实际虚拟损伤向量di"(定义见式(16))的元素可以根据式(17)计算得到，也就是得到了""当前实际虚拟损伤向量&，从而可由el1确定虚拟受损索的位置和虚拟损伤程度，然后根据下面将叙述的方法确定松弛索的位置和松弛程度，也就是确定了需调整索力的索及其索长调整量。cf=[i/(:《《《]'(16)式(16)中(^(i=1，2，3，…；j=1，2，3，.......，N)表示第i次循环中第j根索的实际虚拟损伤值，其定义见式(17)，dij为0时表示第j根索无损伤无松弛，为100%时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100%之间时表示第j根索丧失相应比例的承载能9力，向量di的元素的编号规则与式(1)中向量di。的元素的编号规则相同。《=1—(1一《)(1一《)(17)式(17)中=1，2，3，4，…；j二l，2，3，.......，N)是向量d、的第j个元素，di。j是向量di。的第j个元素。下面叙述得到了索当前实际虚拟损伤向量di后，如何确定松弛索的位置和松弛程度。设索系统中共有N根支承索，结构索力数据由N根支承索的索力来描述。可用"初始索力向量F。"表示索结构中所有支承索的初始索力(定义见式(18))。因为基于索结构的计算基准模型计算所得的初始索力可靠地接近于初始索力的实测数据，在后面的叙述中，将用同一符号来表示该计算值和实测值。F。=[FolFo2..Foj.F。N]T(18)式(18)中F。Jj=1，2，3，.......，N)是索结构中第j根支承索的初始索力，该元素依据编号规则对应于指定支承索的索力。向量F。是常量，与循环次数无关，在第一次循环开始时确定后，就不再变化。在建立索结构的力学计算基准模型A1时使用了向量F。。本发明中用"当前索力向量Fi"表示第i次循环时实测得到的索结构中所有支承索的当前索力(定义见式(19))。f=[《f2'尸;了(19)式(19)中FS(i=1，2，3，4，…，j=1，2，3，.......，N)是第i次循环时索结构中第j根支承索的当前索力。本发明中，在支承索初始状态(无损伤、无松弛)下，且支承索处于自由状态(自由状态指索力为0，后同)时，支承索的长度称为初始自由长度，用"初始自由长度向量1。"表示索结构中所有支承索的初始自由长度(定义见式(20))。1。=[lol1。2..loj..1。n]t(20)式(20)中1。j(j=1，2，3，.......，N)是索结构中第j根支承索的初始自由长度。向量1。是常量，与循环次数无关，在第一次循环开始时确定后，就不再变化。本发明中，用"当前自由长度向量1"'表示第i次循环时索结构中所有支承索的当前自由长度(定义见式(21))。/;丫(21)式(21)中=1，2，3，4，…，j=1，2，3，.......，N)是第i次循环时索结构中第j根支承索的当前自由长度。本发明中，用"自由长度改变向量Al"，(或称支承索当前松弛程度向量)表示第i次循环时索结构中所有支承索的自由长度的改变量(定义见式(22)和式(23))。△/'=[△/;△/;△/)a/;]7(22)式(22)中A巧(i=1，2，3，4，…，j=1，2，3，.......，N)是当前(第i次循环时)索结构中第j根支承索的自由长度的改变量，其定义见式(23)，A1、.不为0的索为松10弛索，Alij的数值为索的松弛j力时该索的索长调整量。:，并表示索系统第j根支承索的当前松弛程度，也是调整索(23)在本发明中通过将松弛索同受损索进行力学等效来进行松弛索的松弛程度识别，等效的力学条件是—、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损伤索的索力和变形后的总长相同。满足上述两个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的，即如果用等效的受损索代替松弛索后，索结构不会发生任何变化，反之亦然。本发明中，第i次循环时，同第j个支承索(其当前松弛程度用AIS定义)进行等效的虚拟受损的支承索的当前实际虚拟损伤程度用dij表示(dij的定义见式(16)和式(17))。松弛的第j个支承索的当前松弛程度Alij(Alij的定义见式(22))同等效的受损索的当前实际虚拟损伤程度dij之间的关系由前述两项力学等效条件确定。AIS同(1、.之间的具体关系可以采用多种方法实现，例如可以直接根据前述等效条件确定(参见式(24))，也可采用基于Ernst等效弹性模量代替式(24)中的E进行修正后确定(参见式(25))，也可以采用基于有限元法的试算法等其它方法来确定。《《A/;=义,l-《0J'一《"=(24)(25)12(F;)3式(24)和式(25)中E是该支承索的弹性模量，A是该支承索的横截面面积^是该支承索的当前索力，dij是该支承索的当前实际虚拟损伤程度，"i是该支承索的单位长度的重量，1^是该支承索的两个支承端点的水平距离。式(25)中[]内的项是该支承索的Ernst等效弹性模量，由式(24)或式(25)可以就可以确定支承索当前松弛程度向量Al、式(25)是对式(24)的修正。第四步判断是否结束本次(第i次)循环，如果是，则完成本次循环结束前的收尾工作，为下一次(即第i+l次，i=1，2，3，4，…)循环准备力学计算基准模型和必要的向量。具体过程如下。在本次(第i次)循环中求得"当前名义虚拟损伤向量d'后，首先，按照式(26)建立"标识向量Bi"，式(27)给出了"标识向量Bi"的第j个元素的定义；如果"标识向量B"'的元素全为0，则在本次循环中继续对索系统的健康监测和计算；如果"标识向量B"'的元素不全为O，则完成后续步骤后，进入下一次循环。所谓的后续步骤为首先，根据式(28)计算得到下一次(即第i+l次，i=1，2，3，4，…)循环所需的"初始虚拟损伤向量dw。"的每一个元素dW。j;第二，在力学计算基准模型Ai(i=1，2，3，4，…)或索结构的无损伤模型A°的基础上，令索的健康状况为di+1。后更新得到下一次(第i+1次，i=1，2，3，4，…)循环所需的力学计算基准模型Ai+1;最后，通过对力学计算基准模型Ai+1的计算得到被监测量的初始数值，由其组成下一次(即第i+1次，i=1，2，3，4，…)循环所需的"被监测量的初始数值向量CW。"(i=1，2，3，4，)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>(26)式(26)中标识向量Bi的上标i表示第i次循环，其元素Bij(j=1，2，3，…，N)的下标j表示第j根索的损伤特征，只能取0和1两个量，具体取值规则见式(27)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式(27)中元素是"标识向量B"'的第j个元素，D、j是"名义虚拟单位损伤向量D、"的第j个元素(见式(3))，di。j是"当前名义虚拟损伤向量di。"的第j个元素(见式(12))，它们都表示第j根索的相关信息。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>式(28)中Diuj是"名义虚拟单位损伤向量Di/的第j个元素(见式(3))，《j是"当前名义虚拟损伤向量d、"的第j个元素(见式(12))。本发明的第二部分健康监测系统的软件和硬件部分。硬件部分包括监测系统(监测被监测量、索力、支承索两支承端点的水平距离)、信号采集器和计算机等。要求实时或准实时监测每一个被监测量、监测每一个支承索的索力、监测每一个支承索两支承端点的水平距离。软件应当具用下列功能软件部分应当能够完成本发明的第一部分所设定的过程，即首先根据监测系统传来的数据实时或准实时分析得到被监测量的当前数值向量Ci，然后读取预先存储的虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi、被监测量的初始数值向量Ci。和名义虚拟单位损伤向量Diu，依据合适的算法(例如多目标优化算法)求解式(14)，得到当前名义虚拟损伤向量d、的非劣解，按照式(17)得到当前实际虚拟损伤向量di，也就是带有合理误差、但可以比较准确地从索系统中确定虚拟受损索的位置及其虚拟损伤程度的解。依据力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度.软件部分还要根据每一次循环求得的标识向量Bi的具体情况判断是否需要进入下一次循环。本发明方法具体包括a.设共有N根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；b.确定指定的被监测点，被监测点即表征结构应变信息的所有指定点，并给所有指定点编号；确定被监测点的被监测的应变方向，并给所有指定的被监测应变编号；"被监测应变编号"在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。"结构的全部被监测的应变数据"由上述所有被监测应变组成。将"结构的被监测的应变数据"简称为"被监测量"。被监测点的数量不得小于索的数量；所有被监测应变的数量之和不得小于索的数量；c.利用索的无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据建立初始虚拟损伤向量d:其中i表示循环次数，后面i及上标i都表示循环次数，i=1，2，3，......；第一次循环时di。记为d1。。如果没有索的无损检测数据及其他能够表达索的健康状态的数据时，或者可以认为结构初始状态为无松弛、无损伤状态时，向量d1。的各元素数值取0。d.在建立初始虚拟损伤向量d1。的同时，直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量的初始数值向量C1。；e.在建立初始虚拟损伤向量d、和被监测量的初始数值向量C、的同时，直接测量计算得到所有支承索的初始索力，组成初始索力向量F。；同时，依据结构设计数据、竣工数据得到所有支承索的初始自由长度，组成初始自由长度向量1。；同时，依据结构设计数据、竣工数据或实测得到索结构的初始几何数据；同时，实测或根据结构设计、竣工资料得到所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积；f.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的上述实测数据，建立索结构的力学计算模型，基于该模型计算所得的计算数据同上述实测数据越接近越好，此时该模型被称为结构的力学计算基准模型A1。A1对应的索的健康状态由d1。描述；g.在力学计算基准模型Ai的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得"名义虚拟单位损伤向量Diu"和"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC"'。其中i表示循环次数，后面i及上标i都表示循环次数，i=1，2，3，......。Ai对应的索的健康状态由《描述；h.实测得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Fi;同时，实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成"被监测量的当前数值向量C"'。实测计算得到所有支承索的两个支承端点的水平距离。给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前和之后出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；i.定义待求的当前名义虚拟损伤向量di。和当前实际虚拟损伤向量di。损伤向量d1。、d、和el1的元素个数等于索的数量，损伤向量的元素和索之间是一一对应关系，损伤向量的元素数值代表对应索的虚拟损伤程度或健康状态；j.依据"被监测量的当前数值向量Ci"同"被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC"，和"当前名义虚拟损伤向量dV，间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式l，式1中除《外的其它量均为已知，求解式1就可以算出当前名义虚拟损伤向量d、；c'=c(;+△<:'《.式ik.利用式2表达的当前实际虚拟损伤向量el1的元素&同初始虚拟损伤向量《的元素di。j和当前名义虚拟损伤向量d、的元素d、j间的关系，计算得到当前实际虚拟损伤向量di的所有元素。《=1-(1-《)(1-《)式2式2中j=1，2，3，......，N。由于当前实际虚拟损伤向量el1的元素数值代表对应索的当前实际虚拟损伤程度，即实际松弛程度或实际损伤程度，当前实际虚拟损伤向量&中数值不为0的元素对应的支承索就是有问题的支承索，有问题的支承索可能是松弛索、也可能是受损索，其数值反应了松弛或损伤的程度；1.从第k步中识别出的有问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的就是松弛索。m.利用在第k步获得的当前实际虚拟损伤向量el1得到松弛索的当前实际虚拟损伤程度，利用在第h步获得的当前索力向量F、利用在第h步获得的所有支承索的两个支承13端点的水平距离，利用在第e步获得的初始自由长度向量1。，利用在第e步获得的所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积数据，通过将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际虚拟损伤程度等效的松弛程度，等效的力学条件是一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、密度及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损伤索的索力和变形后的总长相同。满足上述两个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受损索后，索结构不会发生任何变化，反之亦然。依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由长度的改变量，也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量。这样就实现了支承索的松弛识别和损伤识别。计算时所需索力由当前索力向量Fi对应元素给出。n.在求得当前名义虚拟损伤向量di。后，按照式3建立标识向量Bi，式4给出了标识向量Bi的第j个元素的定义；5'=[《S;f式3式3、式4中元素是标识向量Bi的第j个元素，D、j是名义虚拟单位损伤向量D、的第j个元素，d、j是当前名义虚拟损伤向量d、的第j个元素，它们都表示第j根索的相关信息。式4中j=1，2，3，，N。o.如果标识向量Bi的元素全为O，则回到第h步继续本次循环；如果标识向量Bi的元素不全为0，则进入下一步、即第p步。p.根据式5计算得到下一次、即第i+l次循环所需的初始虚拟损伤向量di+1。的每一个元素di+1。j;《)(1-Z^)式5式5中D、j是第i次循环名义虚拟单位损伤向量Diu的第j个元素，d、j是第i次循环当前名义虚拟损伤向量《的第j个元素，Bij是第i次循环标识向量Bi的第j个元素。式5中j=1，2，3，......，N。q.在力学计算基准模型Ai的基础上，令索的健康状况为dw。后更新得到下一次、即第i+l次循环所需的力学计算基准模型#+1;r.通过对力学计算基准模型#+1的计算得到对应于模型#+1的结构的所有被监测量的数值，这些数值组成下一次、即第i+l次循环所需的被监测量的初始数值向量(^+1。；s.回到第g步，开始下一次循环。在步骤g中，获得"名义虚拟单位损伤向量Diu"和"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"的方法为gl.在结构的力学计算基准模型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索的数量，有N根索就有N次计算，每一次计算假设索系统中只有一根索在原有虚拟损伤的基础上再增加虚拟单位损伤，每一次计算中出现虚拟单位损伤的索不同于其它次计算中出现虚拟单位损伤的索，并且每一次假定有虚拟单位损伤的索的虚拟单位损伤值可以不同于其他索的虚拟单位损伤值，用"名义虚拟单位损伤向量D、"记录所有索的假定14的单位损伤，每一次计算得到所有被监测量的当前数值，每一次计算得到的所有被监测量的当前数值组成一个"被监测量的计算当前数值向量"。当假设第j根索有单位损伤时，可用Citj表示对应的"被监测量的当前计算数值向量Citj"。在本步骤中给各向量的元素编号时，应同本发明中其它向量使用同一编号规则，这样可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；g2.每一次计算得到的那个"被监测量的当前计算数值向量Citj"减去"被监测量的初始数值向量ci。"得到一个向量，再将该向量的每一个元素都除以本次计算中假定的虚拟单位损伤值后得到一个"被监测量的数值变化向量";有N根索就有N个"被监测量的数值变化向量"；g3.由这N个"被监测量的数值变化向量"依次组成有N列的"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC"'。"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"的列的编号规则与当前名义虚拟损伤向量di。和当前实际虚拟损伤向量di的元素编号规则相同。有益效果本发明公开的系统和方法在有较多的索(例如多于30根索或多于30%的索)同步受损或松弛的条件下可以非常准确地监测评估出索系统的健康状态(包括所有松弛索和受损索的位置、及其松弛程度或损伤程度)。这是由于"被监测量的当前数值向量Ci"同"被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵AC"'和"当前名义虚拟损伤向量dV'间的线性关系是近似的，实际上是非线性的关系，特别是在受损索较多或受损程度较大时，上述量之间的关系的非线性特征更加明显，为克服此障碍，本发明公开了一种在小区间内用线性关系逼近该非线性关系的健康监测方法。本发明实际上使用了用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成一个个小区间，在每一个小区间内线性关系都是足够准确的，依据其判断得到的索系统的健康状态也是可靠的，因此本发明公开的系统和方法对索系统的有效健康监测是非常有益的。具体实施例方式针对索结构的索系统的健康监测，本发明公开了一种能够合理有效地监测索结构的索系统的每一根索的健康状况的系统和方法。本发明的实施例的下面说明实质上仅仅是示例性的，并且目的绝不在于限制本发明的应用或使用。本发明采用一种算法，该算法用于监测索结构中的索系统的健康状态(包括索的松弛程度和受损程度)。具体实施时，下列步骤是可采取的各种步骤中的一种。第一步确定被监测量的类型、位置和数量，并编号。具体过程为首先确定索的编号规则，按此规则将所有的索编号。该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。设索系统中共有N根索，结构的被监测量可由结构上K个指定点的、及每个指定点的L个指定方向的应变来描述，结构应变数据的变化就是K个指定点的所有应变分量的变化。每次共有M(M二KXL)个应变测量值或计算值来表征结构应变。M是一个不小于O，一般不小于N的整数。每一个指定点可以就是每一根索的固定端点(例如是斜拉桥的拉索在桥梁上的固定端)附近的一个点，该点一般不应当是应力集中点，以避免出现过大的应变测量值；在每一指定点可以仅仅测量一个方向的应变，也可以测量多个方向的应变。整个结构每次共有M个应变测量值或计算值来表征结构的应变信息，K和M—般不得小于索的数量N。为方便起见，在本发明中将"结构的被监测的应变数据"简称为"被监测量"。第二步利用索的无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据建立初始虚拟损伤向量d1。。如果没有索的无损检测数据及其他能够表达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d1。的各元素数值取0。第三步在建立初始虚拟损伤向量d1。的同时，直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成"被监测量的初始数值向量C、";同时，直接测量计算得到索结构的所有支承索的初始索力，组成"初始索力向量F。"；同时，依据结构设计数据、竣工数据得到所有索的初始自由长度，组成"支承索初始自由长度向量1。"；同时，实测或根据结构设计、竣工资料得到所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积。第四步在建立初始虚拟损伤向量d1。的同时，可以采用成熟的测量方法进行索力测量、应变测量、角度测量和空间坐标测量。直接测量或测量后计算得到索结构初始几何形状数据(对于斜拉桥就是其初始桥型数据)，索结构的初始几何形状数据可以是所有索的端点的空间坐标数据加上结构上一系列的点的空间坐标数据，目的在于根据这些坐标数据确定索结构的几何特征。对斜拉桥而言，初始几何形状数据可以是所有索的端点的空间坐标数据加上桥梁两端上若干点的空间坐标数据，这就是所谓的桥型数据。根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据(可以包括结构初始几何形状数据、初始角度坐标数据、所有索的初始索力等数据，对斜拉桥、悬索桥而言是桥的桥型数据、角度坐标数据、索力数据等数据)，利用力学方法(例如采用有限元法)建立该结构的力学计算基准模型(例如有限元基准模型)，基于该模型计算所得的计算数据同上述实测数据越接近越好，其间的差异一般不得大于5%，此时该模型被称为结构的力学计算基准模型A1。第五步安装索结构健康监测系统的硬件部分。硬件部分至少包括被监测量监测系统(例如含应变传感器、信号调理器等)、索力监测系统(例如含加速度传感器、信号调理器等)、各支承索两支承端点的水平距离监测系统(例如用全站仪进行测量)、信号(数据)采集器、计算机和通信报警设备。每一个被监测量、每一个支承索的索力和每一根支承索两支承端点的水平距离都必须被监测系统监测到，监测系统将监测到的信号传输到信号(数据)采集器；信号经信号采集器传递到计算机；计算机则负责运行索结构的索系统的健康监测软件，包括记录信号采集器传递来的信号；当监测到索有松弛或损伤时，计算机控制通信报警设备向监控人员、业主和(或)指定的人员报警。第六步编制并在监控计算机上安装索结构的索系统健康监测系统软件。在每一次循环时都运行该软件，或者说此软件始终在运行。该软件包括如下几种功能模块1.完成本步骤即其它所有步骤的计算、控制和监控工作，并能依据设定的条件(例如虚拟损伤达到某一值)，自动通知或提示监控人员通知特定的技术人员完成必要的计算工作。2.从存储在计算机硬盘上的数据文件中读取"被监测量的初始数值向量Ci。"和"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"等所有必要参数。本发明中用i表达循环次数，第一次执行本步时i=l，后面i及上标i都表示循环次数，i=1，2，3，......；用j表达第j根索的相关信息，j=1，2，3，…，N。3.定时(或随机触发式)记录通过信号采集器传来的信号。164.对记录的信号进行信号处理，计算得到所有待测量的被监测量的当前数值，所有的被监测量的当前数值组成"被监测量的当前数值向量Ci"。对记录的信号进行信号处理，计算得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Fi。对记录的信号进行信号处理，计算得到所有支承索的两个支承端点的水平距离。5.依据"被监测量的当前(计算或实测)数值向量Ci"同"被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"和"当前名义虚拟损伤向量d、"间存在的近似线性关系(见式(9))，按照多目标优化算法计算索系统当前名义虚拟损伤向量《的非劣解。可以采用的多目标优化算法有很多种，例如基于遗传算法的多目标优化、基于人工神经网络的多目标优化、基于粒子群的多目标优化算法、基于蚁群算法的多目标优化、约束法(ConstrainMethod)、力口权法(WeightedSumMethod)、目标规划法(GoalAttainmentMethod)等等。由于各种多目标优化算法都是常规算法，可以方便地实现，本实施步骤仅以目标规划法为例给出求解当前名义虚拟损伤向量《的过程，其它算法的具体实现过程可根据其具体算法的要求以类似的方式实现。按照目标规划法，式(9)可以转化成式(29)和式(30)所示的多目标优化问题，式(29)中Yi是一个实数，R是实数域，空间区域Q限制了向量di。的每一个元素的取值范围(本实施例要求向量di。的每一个元素不小于0，不大于l)。式(29)的意思是寻找一个绝对值最小的实数yi，使得式(30)得到满足。式(30)中G(d。由式(31)定义，式(30)中加权向量Wi与的积表示式(30)中G(d、)与向量gi之间允许的偏差，gi的定义参见式(15)，其值将在第八步计算得到。实际计算时向量Wi可以与向量gi相同。目标规划法的具体编程实现已经有通用程序可以直接采用。按照目标规划法就可以求得当前名义损伤向量《。minimizeY1(29)GR，《eQG(《)-『y、g'(30)G(《)=血(AC'《-C'+C:)(31)求得当前名义虚拟损伤向量《后，可依据式(17)得到的当前实际虚拟损伤向量el1每一个元素，当前实际虚拟损伤向量el1就是带有合理误差、但可以比较准确地从所有索中确定有问题的索(即虚拟受损索，可能是受损也可能是松弛)的位置及其虚拟损伤程度的解。若解得的当前实际虚拟损伤向量&的某一元素的数值为O，表示该元素所对应的索是完好的，没有损伤或松弛的；若其数值为100%，则表示该元素所对应的索已经完全丧失承载能力；若其数值介于0和100%之间，则表示该索丧失了相应比例的承载能力。6.数据生成功能。即可定期或由人员操作健康监测系统生成索系统健康情况报表。7.报警功能。在指定条件下，自动操作通信报警设备向监控人员、业主和(或)指定的人员报警。8.对那些判定为松弛的支承索，使用求得的当前实际虚拟损伤向量el1(后面将列出具体方法)中对应于该支承索的元素数值，利用测量获得的当前索力向量Fi中对应于该17支承索的元素数值，利用测量获得的所有支承索的两个支承端点的水平距离，利用测量获得的初始自由长度向量1。，利用已知的所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积数据，依据式(24)或式(25)可以求得这些索的松弛程度(即索长调整量)。这样就实现了包含了松弛识别和损伤识别的索结构的索系统的健康监测。第七步在力学计算基准模型Ai基础上进行若干次力学计算，计算次数数值上等于所有索的数量，有N根索就有N次计算，每一次计算假设索系统中只有一根索在原有虚拟损伤的基础上再增加虚拟单位损伤，每一次计算中出现虚拟损伤的索不同于其它次计算中出现虚拟损伤的索，并且每一次假定有损伤的索的虚拟单位损伤值可以不同于其他索的虚拟单位损伤值，用"名义虚拟单位损伤向量D、"记录所有索的假定的虚拟单位损伤，每一次计算(例如采用有限元法)得到索结构中所有指定被监测量的当前数值，每一次计算得到的所有被监测量的当前数值组成一个"被监测量的计算当前数值向量"。当假设第j根索有单位损伤时，可用Citj表示对应的"被监测量的计算当前数值向量"。每一次计算得到的那个"被监测量的计算当前数值向量citj"减去"被监测量的初始数值向量cV'得到一个向量，再将该向量的每一个元素都除以本次计算中假定的虚拟单位损伤值后得到一个"被监测量的数值变化向量SCij";有N根索就有N个"被监测量的数值变化向量Scij"(j=1，2，3，…，N)。由这N个"被监测量的数值变化向量"依次组成有N列的"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"，实际上"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"的每一列(例如第j列)对应于一个"被监测量的数值变化向量"(例如SCij)。"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"的列的编号规则与当前名义虚拟损伤向量(1、和当前实际虚拟损伤向量di的元素编号规则相同。在本步骤中及其后给各向量的元素编号时，应同本发明中其它向量使用同一编号规则，这样可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。第八步建立线性关系误差向量^和向量g、利用前面的数据("被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi")，在第七步进行每一次计算的同时，即在每一次计算中假设索系统中只有一根索在原有虚拟损伤的基础上再增加虚拟单位损伤的同时，每一次计算组成一个"虚拟损伤向量(1、"，虚拟损伤向量(1\的元素个数等于索的数量，虚拟损伤向量d、的所有元素中只有一个元素的数值取每一次计算中假设增加虚拟单位损伤的索的虚拟单位损伤值，d、的其它元素的数值取0，那个不为0的元素的编号与假定增加虚拟单位损伤的索的对应关系、同其他向量的同编号的元素同该索的对应关系是相同的；将Citj、Ci。、厶(^、(1\带入式(13)(需注意的，式(13)中C1用C^.带入，d、用A带入)，得到一个线性关系误差向量ei，每一次计算得到一个线性关系误差向量^;有N根索就有N次计算，就有N个线性关系误差向量ei，将这N个线性关系误差向量^相加后得到一个向量，将此向量的每一个元素除以N后得到的新向量就是最终的线性关系误差向量e、向量gi等于最终的误差向量ei。将向量gi保存在运行健康监测系统软件的计算机硬盘上，供健康监测系统软件使用。第九步将"初始索力向量F。"、"被监测量的初始数值向量Ci。"、"名义虚拟单位损伤向量Diu"、"初始自由长度向量l。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"和所有索的弹性模量、初始横截面面积、索的单位长度重量等参数以数据文件的方式保存在运行健康监测系统软件的计算机硬盘上。第十步运行索结构的索系统健康监测系统(含硬件和软件)，完成下列几种功能1.从存储在计算机硬盘上的数据文件中读取"初始索力向量F。"、"被监测量的初始数值向量Ci。"、"名义虚拟单位损伤向量Diu"、"初始自由长度向量l。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"和所有索的弹性模量、初始横截面面积、索的单位长度重量等所有必要参数。2.定时(或随机触发式)记录通过信号采集器传来的信号。3.对记录的信号进行信号处理，计算得到所有待测量的被监测量的当前数值，所有的被监测量的当前数值组成"被监测量的当前数值向量Ci"。对记录的信号进行信号处理，计算得到所有支承索的两个支承端点的水平距离。对记录的信号进行信号处理，计算得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Fi。给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息。4.依据"被监测量的当前(计算或实测)数值向量Ci"同"被监测量的初始数值向量Ci。"、"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"和"当前名义虚拟损伤向量di。"(由所有索的当前名义虚拟损伤量组成)间存在的近似线性关系(见式(9))，按照多目标优化算法计算索系统当前名义虚拟损伤向量di。的非劣解。然后依据式(17)得到当前实际虚拟损伤向量di。5.数据生成功能。即可定期或由人员操作健康监测系统生成索系统健康情况报表。6.报警功能。在指定条件下，自动操作通信报警设备向监控等人员报警，以便相关人员采取必要措施，例如通知相关人员对识别出的有问题的支承索进行鉴别，鉴别出受损索和松弛索(具体方法在第十一步介绍)。7.根据支承索的实际虚拟损伤程度计算出支承索等效的松弛程度。第十一步由于当前实际虚拟损伤向量di的元素数值代表对应索的虚拟损伤程度，所以根据当前实际虚拟损伤向量就能确定有哪些索可能受损或松弛了及其可能的损伤程度或松弛程度，但这些索究竟是发生了损伤还是发生了松弛，需进行鉴别。鉴别的方法多种多样，可以通过去除支承索的保护层，对支承索进行目视鉴别，或者借助光学成像设备进行目视鉴别，也可以通过无损检测方法对支承索是否受损进行鉴别，超声波探伤就是一种目前广泛使用的无损检测方法。鉴别后那些没有发现损伤且虚拟损伤程度不为0的支承索就是发生了松弛的索，就是需调整索力的索，可由软件完成松弛索的松弛程度(即索长调整量)的求解。第十二步在本次循环，即第i次循环中求得当前名义虚拟损伤向量(1、后，首先，按照式(26)、式(27)建立标识向量B、第十三步如果标识向量Bi的元素全为O，则回到第十步继续本次循环；如果标识向量Bi的元素不全为0，则进入下一步、即第十四步。第十四步根据式(28)计算得到下一次、即第i+l次循环所需的初始虚拟损伤向量cT。的每一个元素di+1。,.。19第十五步在力学计算基准模型Ai的基础上，令索的健康状况为上一步计算得到的向量dW。后，得到新的力学计算基准模型，即下一次(第i+l次)循环所需的力学计算基准模型#+1。第十六步通过对力学计算基准模型Ai+1的计算得到对应于模型Ai+1的结构的所有被监测量的数值，这些数值组成下一次、即第i+l次循环所需的向量ci+1。，即被监测量的初始数值向量。第十七步回到第七步，开始下一次循环。20权利要求一种基于应变监测的识别松弛的支承索的递进式健康监测方法，其特征是该方法包括a.设共有N根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；b.确定指定的被监测点，被监测点即表征结构应变信息的所有指定点，并给所有指定点编号；确定被监测点的被监测的应变方向，并给所有指定的被监测应变编号；“被监测应变编号”在后续步骤中将用于生成向量和矩阵，“结构的全部被监测的应变数据”由上述所有被监测应变组成，将“结构的被监测的应变数据”简称为“被监测量”，被监测点的数量不得小于索的数量；所有被监测应变的数量之和不得小于索的数量；c.利用索的无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据建立初始虚拟损伤向量dio，其中i表示循环次数，后面i及上标i都表示循环次数，i＝1，2，3，......；第一次循环时dio记为d1o，如果没有索的无损检测数据及其他能够表达索的健康状态的数据时，或者可以认为结构初始状态为无松弛、无损伤状态时，向量d1o的各元素数值取0；d.在建立初始虚拟损伤向量d1o的同时，直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量的初始数值向量C1o；e.在建立初始虚拟损伤向量d1o和被监测量的初始数值向量C1o的同时，直接测量计算得到所有支承索的初始索力，组成初始索力向量Fo；同时，依据结构设计数据、竣工数据得到所有支承索的初始自由长度，组成初始自由长度向量lo；同时，依据结构设计数据、竣工数据或实测得到索结构的初始几何数据；同时，实测或根据结构设计、竣工资料得到所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积；f.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的上述实测数据，建立索结构的力学计算模型，基于该模型计算所得的计算数据同上述实测数据越接近越好，此时该模型被称为结构的力学计算基准模型A1。A1对应的索的健康状态由d1o描述；g.在力学计算基准模型Ai的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得“名义虚拟单位损伤向量Diu”和“虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCi”；其中i表示循环次数，后面i及上标i都表示循环次数，i＝1，2，3，......。Ai对应的索的健康状态由dio描述；h.实测得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Fi；同时，实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成“被监测量的当前数值向量Ci”；实测计算得到所有支承索的两个支承端点的水平距离，给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前和之后出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；i.定义待求的当前名义虚拟损伤向量dic和当前实际虚拟损伤向量di。损伤向量d1o、dic和di的元素个数等于索的数量，损伤向量的元素和索之间是一一对应关系，损伤向量的元素数值代表对应索的虚拟损伤程度或健康状态；j.依据“被监测量的当前数值向量Ci”同“被监测量的初始数值向量Cio”、“虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCi”和“当前名义虚拟损伤向量dic”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dic外的其它量均为已知，求解式1就可以算出当前名义虚拟损伤向量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><msup><mi>ΔC</mi><mi>i</mi></msup><mo>•</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>c</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow>式1k.利用式2表达的当前实际虚拟损伤向量di的元素dij同初始虚拟损伤向量dio的元素dioj和当前名义虚拟损伤向量dic的元素dicj间的关系，计算得到当前实际虚拟损伤向量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，由于当前实际虚拟损伤向量di的元素数值代表对应索的当前实际虚拟损伤程度，即实际松弛程度或实际损伤程度，当前实际虚拟损伤向量di中数值不为0的元素对应的支承索就是有问题的支承索，有问题的支承索可能是松弛索、也可能是受损索，其数值反应了松弛或损伤的程度；l.从第k步中识别出的有问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的就是松弛索；m.利用在第k步获得的当前实际虚拟损伤向量di得到松弛索的当前实际虚拟损伤程度，利用在第h步获得的当前索力向量Fi，利用在第h步获得的所有支承索的两个支承端点的水平距离，利用在第e步获得的初始自由长度向量lo，利用在第e步获得的所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积数据，通过将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际虚拟损伤程度等效的松弛程度，等效的力学条件是一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、密度及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损伤索的索力和变形后的总长相同。满足上述两个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受损索后，索结构不会发生任何变化，反之亦然。依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由长度的改变量，也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量。这样就实现了支承索的松弛识别和损伤识别。计算时所需索力由当前索力向量Fi对应元素给出；n.在求得当前名义虚拟损伤向量dic后，按照式3建立标识向量Bi，式4给出了标识向量Bi的第j个元素的定义；<mrow><msup><mi>B</mi><mi>i</mi></msup><mo>=</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msubsup><mi>B</mi><mn>1</mn><mi>i</mi></msubsup><msubsup><mi>B</mi><mn>2</mn><mi>i</mi></msubsup><mo>•</mo><mo>•</mo><mo>•</mo><msubsup><mi>B</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>•</mo><mo>•</mo><mo>•</mo><msubsup><mi>B</mi><mi>N</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup></mrow>式3<mrow><msubsup><mi>B</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3、式4中元素Bij是标识向量Bi的第j个元素，Diuj是名义虚拟单位损伤向量Diu的第j个元素，dicj是当前名义虚拟损伤向量dic的第j个元素，它们都表示第j根索的相关信息，式4中j＝1，2，3，……，N；o.如果标识向量Bi的元素全为0，则回到第h步继续本次循环；如果标识向量Bi的元素不全为0，则进入下一步、即第p步；p.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的初始虚拟损伤向量di+1o的每一个元素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>B</mi><mi>j</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>式5式5中Diuj是第i次循环名义虚拟单位损伤向量Diu的第j个元素，dicj是第i次循环当前名义虚拟损伤向量dic的第j个元素，Bij是第i次循环标识向量Bi的第j个元素，式5中j＝1，2，3，……，N，q.在力学计算基准模型Ai的基础上，令索的健康状况为di+1o后更新得到下一次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型Ai+1；r.通过对力学计算基准模型Ai+1的计算得到对应于模型Ai+1的结构的所有被监测量的数值，这些数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量的初始数值向量Ci+1o；s.回到第g步，开始下一次循环。2.根据权利要求1所述的基于应变监测的识别松弛的支承索的递进式健康监测方法，其特征在于在步骤g中，获得"名义虚拟单位损伤向量Diu"和"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"的方法为gl.在结构的力学计算基准模型#的基础上进行若干次力学计算，计算次数数值上等于所有索的数量，有N根索就有N次计算，每一次计算假设索系统中只有一根索在原有虚拟损伤的基础上再增加虚拟单位损伤，每一次计算中出现虚拟单位损伤的索不同于其它次计算中出现虚拟单位损伤的索，并且每一次假定有虚拟单位损伤的索的虚拟单位损伤值可以不同于其他索的虚拟单位损伤值，用"名义虚拟单位损伤向量D、"记录所有索的假定的单位损伤，每一次计算得到所有被监测量的当前数值，每一次计算得到的所有被监测量的当前数值组成一个"被监测量的计算当前数值向量"，当假设第j根索有单位损伤时，可用citj表示对应的"被监测量的当前计算数值向量(:^"，在本步骤中给各向量的元素编号时，应同本发明中其它向量使用同一编号规则，这样可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；g2.每一次计算得到的那个"被监测量的当前计算数值向量(:^"减去"被监测量的初始数值向量ci。"得到一个向量，再将该向量的每一个元素都除以本次计算中假定的虚拟单位损伤值后得到一个"被监测量的数值变化向量"；有N根索就有N个"被监测量的数值变化向量"；g3.由这N个"被监测量的数值变化向量"依次组成有N列的"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ACi"，"虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵"的列的编号规则与当前名义虚拟损伤向量d、和当前实际虚拟损伤向量el1的元素编号规则相同。全文摘要基于应变监测的识别松弛的支承索的递进式健康监测方法用于识别松弛的支承索时，考虑到了被监测量的当前数值向量同被监测量的初始数值向量、虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵和当前名义虚拟损伤向量间的线性关系是近似的，本发明基于应变监测，给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成连续的一个个小区间，在每一个小区间内上述线性关系都是足够准确的，在每一个小区间内可以利用多目标优化算法等合适的算法算出当前索虚拟损伤向量的非劣解，据此可识别出虚拟受损索，在使用无损检测等方法从中鉴别出真实受损索后，剩下的虚拟受损索就是松弛的支承索，依据松弛程度同虚拟损伤程度间的关系就可确定需调整的索长。文档编号G01N19/00GK101694421SQ20091018486公开日2010年4月14日申请日期2009年10月16日优先权日2009年10月16日发明者韩玉林申请人:东南大学;