个分量，同样的，一个集 中力偶也可以分解成三个分量，如果载荷实际上是集中载荷，在本方法中将一个集中力分 量或一个集中力偶分量计为或统计为一个载荷，此时载荷的变化具体化为一个集中力分量 或一个集中力偶分量的变化；分布载荷分为线分布载荷和面分布载荷，分布载荷的描述至 少包括分布载荷的作用区域和分布载荷的大小，分布载荷的大小用分布集度来表达，分布 集度用分布特征和幅值来表达；如果载荷实际上是分布载荷，本方法谈论载荷的变化时，实 际上是指分布载荷分布集度的幅值的改变，而所有分布载荷的作用区域和分布集度的分布 特征是不变的；在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中，一个分布载荷可以分解成三个 分量，如果这分布载荷的三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，那么在本方法中把这分布载荷的三个分量计为或统计为三个分布载荷，此时一个 载荷就代表分布载荷的一个分量；体积载荷是连续分布于物体内部各点的载荷，体积载荷 的描述至少包括体积载荷的作用区域和体积载荷的大小，体积载荷的大小用分布集度来表 达，分布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，一个体积载荷可以分解成三个分量，如果这体积载荷的三个分 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，那么在本方法中把这体 积载荷的三个分量计为或统计为三个分布载荷； b. 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、索结构支座初始广义 位移测量数据、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 构支座广义坐标数据、初始索结构角度数据和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(;，被监测量初始 数值向量C ci的编号规则与M个被监测量的编号规则相同；利用索结构支座初始广义位移 测量数据、支承索初始健康状态数据和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一一对应关系， 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Cl ci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Clci的某一个元素对应的被评估对象 是某一个支座的某一个广义位移分量，那么Cl ci的该元素的数值代表这个支座的该广义位移 分量的初始数值；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 ;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d。中与索结构支座广义位移 相关的各元素数值取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A。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；在测量计算得到初始索结构的实测数 据的同时，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. 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、索结构所使用的各种材料的物理和力学性能参数和前面步骤得 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 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A ci的被评估对象健 康状态用被评估对象初始损伤向量Clci表示；对应于Aci的所有被监测量的初始数值用被监测 量初始数值向量C ci表示；T ^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Cci表示的所有被监测量的初始数值相同，因此也可以说C ^由A ^的力学计算 结果组成； d. 从这里进入由第d步到第k步的循环； e. 在初始力学计算基准模型A。的基础上按照步骤el至e3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; el.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广义位移或载荷 的基础上再增加单位损伤或单位广义位移或载荷单位变化，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支座的一个方向的广义位移分量，就假设该支 座在该位移方向再增加单位广义位移，如果该被评估对象是一个载荷，就假设该载荷在向 量Cl ci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D uk记录这一增加的单位 损伤或单位广义位移或载荷单位变化，其中k表示增加单位损伤或单位广义位移或载荷单 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D u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 损伤或单位广义位移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 单位广义位移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 ci的元 素编号规则相同； e2.每一次计算得到的被监测量计算当前向量减去被监测量初始数值向量Cci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单位广义位移或载荷 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； e3.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单位广义位移或载 荷单位变化时的不同的单位变化程度；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； 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； 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Cl ci的元素的编号规 则相同； 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(；、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 ; C = C0+ Δ C · d 式 1 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Cf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d a的元素的编号规则与向量d。的元素的编号规 则相同； 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 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(1\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Cf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； k. 回到第d步，开始由第d步到第k步的下一次循环。
【专利摘要】精简应变监测载荷受损索广义位移识别方法基于应变监测，通过建立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】G01M99/00, G01B21/02, G01B21/32
【公开号】CN105067301
【申请号】CN201510437766
【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