精简应变监测载荷受损索广义位移识别方法_4

文档序号:9348253阅读:来源:国知局
编号规则与向量Clci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;
[0074] f.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和被监测量初始数值向量C。的定义方式相同,两个向量的相同 编号的元素表示同一被监测量在不同时刻的具体数值;
[0075] g.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 伤程度或名义广义位移或名义载荷变化量;向量d的元素的编号规则与向量Clci的元素的编 号规则相同;
[0076] h.依据被监测量当前数值向量C同被监测量初始数值向量C。、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就可以算出被 评估对象当前名义损伤向量d;
[0077] C = C。+AC?d式1
[0078] i.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da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 伤程度或实际广义位移或实际载荷变化量;向量da的元素的编号规则与向量Clci的元素的编 号规则相同;
[0079] j.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和被评估对象当前名义损伤向量d的第k个元素d,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;
[0081] 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0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;如果该被评估对象是一个支座的一个广义位移分量,那么d\表示其当前实 际广义位移数值;如果该被评估对象是一个载荷,那么d\表示该载荷的实际变化量;所以 根据被评估对象当前实际损伤向量da能够确定有哪些支承索受损及其损伤程度,确定有哪 些支座发生了广义位移及其数值,确定有哪些载荷发生了变化及其变化的数值;至此本方 法实现了剔除支座广义位移和载荷变化的影响的、索结构的受损索识别,实现了剔除载荷 变化和支承索健康状态变化影响的、支座广义位移的识别,实现了剔除支座广义位移和支 承索健康状态变化影响的、载荷变化量的识别;至此本方法以一种有效的、廉价的方法实现 了核心被评估对象的健康状态的准确识别;对次要被评估对象的健康状态的识别结果偏离 准确值较多,因此不予采信,在本方法中仅要求正确识别核心被评估对象的健康状态;
[0082] k.回到第d步,开始由第d步到第k步的下一次循环。
[0083] 有益效果:结构健康监测系统首先通过使用传感器对结构响应进行长期在线监 测,获得监测数据后对其进行在线(或离线)分析得到结构健康状态数据,由于结构的复杂 性,结构健康监测系统需要使用大量的传感器等设备进行结构健康监测,因此其造价通常 相当高,因此造价问题是制约结构健康监测技术应用的一个主要问题。另一方面,核心被评 估对象(例如斜拉索)的健康状态的正确识别是结构健康状态的正确识别的不可或缺的组 成部分,甚至是其全部,而次要被评估对象(例如结构承受的载荷)的变化(例如通过斜拉 桥的汽车的数量和质量的变化)的正确识别对索结构的健康状态的正确识别的影响是微 乎其微的,甚至是不需要的。但是次要被评估对象的数量与核心被评估对象的数量通常是 相当的,次要被评估对象的数量还常常大于核心被评估对象的数量,这样被评估对象的数 量常常是核心被评估对象的数量的多倍。在次要被评估对象(载荷)发生变化时,为了准确 识别核心被评估对象,常规方法要求被监测量(使用传感器等设备测量获得)的数量必须 大于等于被评估对象的数量,当发生变化的次要被评估对象的数量比较大时(实际上经常 如此),结构健康监测系统所需要的传感器等设备的数量是非常庞大的,因此结构健康监测 系统的造价就会变得非常高,甚至高得不可接受。发明人研究发现,在次要被评估对象(例 如结构承受的正常载荷,结构的正常载荷是指结构正在承受的载荷不超过按照结构设计书 或结构竣工书所限定的结构许用载荷)变化较小时(对于载荷而言就是结构仅仅承受正常 载荷,结构承受的载荷是否是正常载荷,能够通过肉眼等方法观察确定,如果发现结构承受 的载荷不是正常载荷,那么人为去除、移除非正常载荷后,结构就只承受正常载荷了),它们 所引起的结构响应的变化幅度(本说明书称其为"次要响应")远小于核心被评估对象的变 化(例如支承索受损)所引起的结构响应的变化幅度(本说明书称其为"核心响应"),次 要响应与核心响应之和是结构响应的总变化(本说明书称其为"总体响应"),显然核心响 应在总体响应中占据主导地位,基于此,发明人研究发现在确定被监测量数量时即使选取 稍大于核心被评估对象数量、但远小于被评估对象数量的数值(本方法就是这样做的),也 就是说即使采用数量相对少很多的传感器等设备,仍然可以准确获得核心被评估对象的健 康状态数据,满足结构健康状态监测的核心需求,因此本方法所建议的结构健康监测系统 的造价显而易见地比常规方法所要求的结构健康监测系统的造价低很多,也就是说本方法 能够以造价低得多的条件实现对索结构的核心被评估对象的健康状态的评估,这种益处是 对结构健康监测技术能否被采用是举足轻重的。
【具体实施方式】
[0084] 本方法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方 法的应用或使用。
[0085] 第一步:首先确认索结构承受的可能发生变化的载荷的数量。根据索结构所承受 的载荷的特点,确认其中"所有可能发生变化的载荷",或者将所有的载荷视为"所有可能发 生变化的载荷",设共有JZW个可能发生变化的载荷,即共有JZW个次要被评估对象。
[0086] 设索结构的支座广义位移分量的数量、索结构的支承索的数量和JZW个"所有可 能发生变化的载荷"的数量之和为N,即共有N个被评估对象。给被评估对象连续编号,该 编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。
[0087] 设被评估的支承索和支座广义位移分量的数量之和为P,即核心被评估对象的数 量为P,设被评估的支座广义位移分量的数量为Z,设被评估的支承索的数量为%。
[0088]"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信息。
[0089] 综合上述被监测量,整个索结构共有M个被监测量,M不得小于核心被评估对象的 数量加4,M小于被评估对象的数量N。
[0090] 为方便起见,在本方法中将"索结构的被监测的所有参量"简称为"被监测量"。给 M个被监测量连续编号,该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本方法用用变量j表 示这一编号,j= 1,2, 3,…,M。
[0091] 第二步:建立初始力学计算基准模型总。
[0092] 在索结构竣工之时,或者在建立健康监测系统前,使用常规方法直接测量计算得 到索结构的所有被监测量的初始数值,组成被监测量初始数值向量(;。
[0093] 在得到被监测量初始数值向量C。的同时,使用常规方法(查资料或实测)得到索 结构所使用的各种材料的物理参数和力学性能参数(例如弹性模量、泊松比)。
[0094] 在得到被监测量初始数值向量Cci的同时,使用常规方法实测计算得到索结构的实 测计算数据。索结构的实测计算数据包括支承索的无损检测数据等能够表达索的健康状态 的数据、索结构初始几何数据、索力数据、拉杆拉力数据、初始索结构支座广义坐标数据、初 始索结构支座广义坐标数据、索结构支座初始广义位移测量数据、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、索结构模态数据、结构应变数据、 结构角度测量数据、结构空间坐标测量数据等实测数据。初始索结构支座广义坐标数据指 索结构设计状态下的支座广义坐标数据,索结构支座初始广义位移测量数据指在建立初始 力学计算基准模型Aci时,索结构支座相对于索结构设计状态下的支座所发生的广义位移。 索结构的初始几何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。利用支承索的无损检测数据等能够表达支承索的健康状态的数据、索 结构支座初始广义位移测量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 Clci (如式(1)所示),用d。表示索结构(用初始力学计算基准模型A。表示)的被评估对象 的初始健康状态。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。的中与支承索相关的各 元素数值取〇 ;如果没有索结构支座初始广义位移测量数据或者可以认为索结构支座初始 广义位移为〇时,向量Clci的中与索结构支座广义位移相关的各元素数值取0 ;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,代表这个载荷 的变化的初始数值为0。利用索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索的 无损检测数据和索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数,利用力学方法(例如有 限元法)建立初始力学计算基准模型A。。
[0095] 不论用何种方法获得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,误差一般不得大于5%。这样可保证利用Aci计算所得的模拟 情况下的索力计算数据、应变计算数据、索结构形状计算数据和位移计算数据、索结构角度 数据、索结构空间坐标数据等,可靠地接近所模拟情况真实发生时的实测数据。模型Aci中 支承索的健康状态用被评估对象初始损伤向量Clci表示。由于基于A^计算得到所有被监测 量的计算数值非常接近所有被监测量的初始数值(实测得到),所以也可以用在Aci的基础 上、进行力学计算得到的、Aci的每一个被监测量的计算数值组成被监测量初始数值向量C^ 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。Clci是A^的参数,C^由A^的力学计算 结果组成。
[0096] 第三步:在索结构服役过程中,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"。
[0097] 第四步:在初始力学计算基准模型A。的基础上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Du。具体方法为: 在索结构的初始力学计算基准模型Aci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,有N个被评估对象就有N次计算,每一次计算假设只有一个被评估 对象在原有损伤或原有广义位移分量或载荷的基础上
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