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W分解成=个分量，如果运 体积载荷的=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 在本方法中把运体积载荷的=个分量计为或统计为=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，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W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d。 的该元素数值为0,代表运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W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。;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，直接测量计算得到所有支承索的初始索力，组成初始索力向量F。;依据 包括索结构设计数据、竣工数据在内的数据得到所有支承索在自由状态即索力为0时的长 度、在自由状态时的横截面面积和在自由状态时的单位长度的重量，依次组成支承索的初 始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量，支承索的初 始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量的元素的编号 规则与初始索力向量F。的元素的编号规则相同； 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u。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；第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型At。和被监测量 当前初始数值向量Ct。;第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型At。和被监测量当 前初始数值向量Ct。时，索结构的当前初始力学计算基准模型At。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Ct。就等于被监测量初始数值向量C。;对应于 索结构的当前初始力学计算基准模型At。的索结构支座广义坐标数据组成当前初始索结构 支座广义坐标向量护。，第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型At。时，Ut。就等于 &;At。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At。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d。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W说C。由A。的力学 计算结果组成；护。和d。是At。的参数，Ct。由At。的力学计算结果组成； e. 从运里进入由第e步到第m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 标向量护，向量If的定义方式与向量U。的定义方式相同； f. 根据当前索结构实测支座广义坐标向量护，按照步骤n至巧更新当前初始力学计 算基准模型At。、当前初始索结构支座广义坐标向量If。和被监测量当前初始数值向量Ct。； f1.比较护与Ut。，如果If等于Ut。，则At。、护。和Ct。保持不变，否则需要按下列步骤对At。、If。和Ct进行更新； f2.计算护与U。的差，Ut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等于护减去U。，支座广义位移向量V中的元素与 支座广义位移分量之间是一一对应关系，支座广义位移向量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广义位移； f3.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At。，更新At。的同时，Ut。所有元素数值也用Ut所有元素数 值对应代替，即更新了护。，运样就得到了正确地对应于At。的Ut。;更新Ct。的方法是：当更新 At。后，通过力学计算得到At。中所有被监测量的、当前的具体数值，运些具体数值组成Ct。； At。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At。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AC和被评估对象单位变化向量D。； gl.索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵AC是不断更新的，即在更新当前初始力 学计算基准模型At。、当前初始索结构支座广义坐标向量If。和被监测量当前初始数值向量 Ct。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AC和被评估对象单位变化 向量D。； g2.在索结构的当前初始力学计算基准模型At。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在向量d。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 被评估对象是一个载荷，就假设该载荷在向量d。表示的该载荷已有变化量的基础上再增加 载荷单位变化，用Duk记录运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，Duk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D。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； 的.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Ct。得 到一个向量，再将该向量的每一个元素都除W该次计算所假设的单位损伤或载荷单位变化 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.由运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 AC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；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 d。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AC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实测支座广义坐标向量If的同时，实测得到索结构的所有 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 巧慢当前初始数值向量Ct。与被监测量初始数值向量C。的定义方式相同，S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；在实测得到被监测量当前数值向量 C的同一时刻，实测得到索结构中所有Q根支承索的索力数据，所有运些索力数据组成当前 索力向量F，向量F的元素与向量F。的元素的编号规则相同；在实测得到被监测量当前数值 向量C的同一时刻，实测计算得到所有Q根支承索的两个支承端点的空间坐标，两个支承端 点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支承端点水平距离，所有支承索的两个支承端 点水平距离数据组成当前支承索两支承端点水平距离向量，当前支承索两支承端点水平距 离向量的元素的编号规则与初始索力向量F。的元素的编号规则相同； 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Ct。、索结构单位损伤 被监测量数值变化矩阵AC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w算出被 评估对象当前名义损伤向量d; C=C〇+AC*d式 1 k. 定义被评估对象当前实际损伤向量cf，被评估对象当前实际损伤向量(f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cf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(f的元素数值代表对应被评估对象的实际损伤程 度或实际载荷变化量；向量cf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(f的第k个元素da,同被评估对象初 始损伤向量d。的第k个元素d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cf的所有元素；式2中k= 1，2, 3,…….，N，（fk表示第k个被评估对象的当前实际健康状态，da,为0 时表示第k个被评估对象无健康问题，(fk数值不为0时表示第k个被评估对象是有健康问 题的被评估对象，如果该被评估对象是索系统中的一根支承索，那么cfk表示其当前健康问 题的严重程度，有健康问题的支承索可能是松弛索、也可能是受损索，cfk数值反应了该支 承索的松弛或损伤的程度；从运些有健康问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的就是松弛 索，被评估对象当前实际损伤向量cf中与松弛索对应于的元素数值表达的是与松弛索松弛 程度力学等效的当前实际等效损伤程度；如果该被评估对象是一个载荷，那么cfk表示该载 荷的实际变化量；鉴别出松弛索后，利用被评估对象当前实际损伤向量cf表达的运些松弛 索的、与其松弛程度力学等效的当前实际等效损伤程度，利用在第f步获得的当前索力向 量F和当前支承索两支承端点水平距离向量，利用在第b步获得的支承索的初始自由长度 向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量、初始索力向量F。，利用在 第b步获得的索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数，通过将松弛索同受损索进 行力学等效来计算松弛索的、与当前实际等效损伤程度等效的松弛程度，力学等效条件是： 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 足上述两个力学等效条件时，运样的两根支承索在索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；运样就实现了支承索的松弛识别和 损伤识别；本方法将受损索和松弛索统称为有健康问题的支承索，简称为问题索，所W根据 被评估对象当前实际损伤向量cf能够确定核屯、被评估对象的健康状态； 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】精简广义位移混合监测载荷问题索识别方法基于混合监测，通过监测支座广义位移来决定是否需要更新索结构的力学计算基准模型，得到计入支座广义位移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，据此可以识别出核心被评估对象的健康状态。
【IPC分类】G01B21/22, G01L5/00, G01B21/32, G01M99/00
【公开号】CN105004563
【申请号】CN201510439980
【发明人】韩玉林, 韩佳邑
【申请人】东南大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月23日