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 使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数、初始索结构支座广义坐标向量U。、 初始索结构稳态温度数据向量Tci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 ci，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A。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U。;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；U。、T。和d。 是A ci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A ^ 4、Uci 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A。A ci和A ^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A1ci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T 1。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，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U 1。表示，向量U \的定义方式与向量U。的定义方式相同，U 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 d1。，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 1。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A i。的所有被监测 量的具体数值山^^^和^^是六^的特性参数丄^由六^的力学计算结果组成：第一次循环 开始时，A1。记为A I建立A1。的方法为使A 等于A。;第一次循环开始时，T 记为T 建立 T1。的方法为使T 等于T。;第一次循环开始时，U 记为U 建立U1。的方法为使U 等于U。； 第一次循环开始时，d1。记为d 建立d1。的方法为使d 等于d。;第一次循环开始时，C \记 为C1。，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，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T 1，向量T1的定义方式与向量T。 的定义方式相同，T1的元素与T ^的元素一一对应；在实测得到当前索结构稳态温度数据向 量T1的同一时刻，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；在实测得到向量T1的同时，实测得到在获得当前索结构稳态温度数据向量T 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，C1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T 1的同一时刻， 实测得到索结构中所有M1根支承索的索力数据，所有这些索力数据组成当前索力向量F \ 向量F1的元素与向量F。的元素的编号规则相同；在实测得到当前索结构稳态温度数据向 量T 1的同一时刻，实测计算得到所有M ^艮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； g. 根据当前索结构实测支座广义坐标向量U1和当前索结构稳态温度数据向量T \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C1ci、当前初 始索结构稳态温度数据向量T 1。和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.分别比较T1和T V U1和U \，如果T1等于T ^且U 1等于U \，则不需要对虼、UV C1。 和T1。进行更新，否则需要按下列步骤对A U1。、C1。和T \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。;计算T 1与T。的差，T 1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，T1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.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广义位移约束且对索结 构施加温度变化后得到更新的当前初始力学计算基准模型A 1ci，更新同时，U \所有元 素数值也用U1所有元素数值对应代替，即更新了 U^T1ci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U 1JP T \，此时Cl1ci保持不变； 当更新A1ci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 的索结构稳 态温度用当前索结构稳态温度数据向量T1ci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；更新方法是：当更新A1J^，通过力学计算得到A 1ci*所有被 监测量的、当前的具体数值，这些具体数值组成C1ci; 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 ;向量d1的元素的编号规则与式（1)中向量d。的元素的编号 规则相同；Cl1k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Cl 1k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，（1\数值反应了该支承索的松弛或损伤的程度；将被评 估对象当前实际损伤向量d 1中与M1根支承索相关的心个元素取出，组成支承索当前实际损 伤向量0-，支承索当前实际损伤向量0-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；支承索当前实际损伤向量0-的第h个元素表示索结构中第h根支承索的当前 实际损伤量，h= 1，2, 3,…….，M1;支承索当前实际损伤向量CT1中数值不为O的元素对应于 有健康问题的支承索，从这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；与 受损索对应的支承索当前实际损伤向量0-中的元素的数值表达的是该受损索的当前实际 损伤，元素数值为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；利用在当前索结构稳态温度数据向量T 1条件下的、在第1步鉴别 出的松弛索及用支承索当前实际损伤向量0-表达的这些松弛索的、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步获得的在当前索结构稳态温度数据向量T 1条件 下的当前索力向量F1和当前支承索两支承端点水平距离向量，利用在第c步获得的在初始 索结构稳态温度数据向量T。条件下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 ci，利用当前索结构稳态温度数据向量 T1表示的支承索当前稳态温度数据，利用在第c步获得的在初始索结构稳态温度数据向量 Tci表示的支承索初始稳态温度数据，利用在第c步获得的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，计入温度变化对支承索物理、力学和几何参数的影响，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，这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；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F 1对应元素给出；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，至此本方法实现了剔除支 座广义位移、载荷变化和结构温度变化的影响的、索结构的问题索识别，同时实现了剔除支 座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化影响的、载荷变化量的识别；1.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 1Uk是被评估对象单位变化向量D 1U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d 1'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A 1+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稳态温度数据向量T1'等于第i 次循环的当前初始索结构稳态温度数据向量T1ci;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U 1+1。等于第i次循环的当前初始索结构支座广义坐标向量U。 q.回到步骤f，开始下一次循环。
【专利摘要】精简广义位移应变监测问题索载荷递进式识别方法基于应变监测，通过监测支座广义位移、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，得到计入支座广义位移、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，据此可以识别核心被评估对象的健康状态。
【IPC分类】G01K13/00, G01B21/32, G01B21/02, G01M99/00
【公开号】CN105067298
【申请号】CN201510437667
【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