精简广义位移应变监测受损索载荷递进式识别方法_4

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度数据向量Tci。在实测得到Tci的同时,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(;。
[0057] 本方法中可以具体按照下列方法在获得某某(例如初始或当前等)索结构稳态温 度数据向量的时刻的同一时刻,使用某某方法测量计算得到某某被测量量被监测量(例如 索结构的所有被监测量)的数据:在测量记录温度(包括索结构所在环境的气温、参考平板 的向阳面的温度和索结构表面温度)的同时,例如每隔10分钟测量记录一次温度,那么同 时同样也每隔10分钟测量记录某某被测量量被监测量(例如索结构的所有被监测量)的 数据。一旦确定了获得索结构稳态温度数据的时刻,那么与获得索结构稳态温度数据的时 刻同一时刻的某某被测量量被监测量(例如索结构的所有被监测量)的数据就称为在获得 索结构稳态温度数据的时刻的同一时刻,使用某某方法测量计算方法得到的某某被测量量 被监测量的数据。
[0058] 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随温度变化的物 理参数(例如热膨胀系数)和力学性能参数(例如弹性模量、泊松比)。
[0059] 按技术方案规定的步骤,在实测得到T。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。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。。 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以及索结构载荷测量数 据建立被评估对象初始损伤向量cU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、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。和初始索结构稳态温度数据向量T。,利用力学方法(例 如有限元法)计入"索结构稳态温度数据"建立初始力学计算基准模型A。。T。、^和d。是A^ 的参数,C。由A。的力学计算结果组成。
[0060] 第三步: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。Aci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T1。表示,向量T\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;第i次循环开始时需要的、对应于索结构的当前初始力学 计算基准模型A1ci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U。 第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型A1ci时,UV就等于U^。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,d1。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C1。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C1。表示对应于A的所有被监测量的具体数值;T\和d\是A\的特性参数;C^由 力学计算结果组成;第一次循环开始时,A\记为A,建立A1ci的方法为使A\等于A^ 第一次循环开始时,T1。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U1。,建立U1。的方法为使U等于U。;第一次循环开始时,d记为di。,建立d1。的方法为使 d1。等于d。;第一次循环开始时,C记为C建立C1。的方法为使C等于C。。
[0061] 第四步: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(例如含应变测量系统、信号调理器等)、索结构支座广义坐标监测系统(含全站仪、 角度测量传感器、信号调理器等)、索结构温度监测系统(含温度传感器、信号调理器等)和 索结构环境温度测量系统(含温度传感器、信号调理器等)、信号(数据)采集器、计算机和 通信报警设备。每一个被监测量、索结构的每一个支座广义坐标、每一个温度都必须被监测 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被评估对象的健康监测软件,包括记录信号采集器 传递来的信号;当监测到被评估对象健康状态有变化时,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。
[0062] 第五步:编制并在计算机上安装运行本方法的系统软件,该软件将完成本方法任 务所需要的监测、记录、控制、存储、计算、通知、报警等功能(即本具体实施方法中所有可 以用计算机完成的工作)。
[0063] 第六步:由此步开始循环运作,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T1,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;在实测向量T1的同时,实测得到索结构中所 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-对应,表示相同被监测量在不同时刻的 数值。
[0064] 在实测向量T1的同时,实测得到索结构支座广义坐标当前数据,所有数据组成当 前索结构实测支座广义坐标向量U1。
[0065] 第七步:在得到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T1后,分别比较U1和UVT1和T\,如果U1等于U^且T1等于T,则不需要对A1c^U1c^C1c^PT^进行更新,否则需要对AU1c^C1c^PT\进行更新进行更新,而被评估对象当前初 始损伤向量(^保持不变,更新方法按按技术方案规定的步骤进行。
[0066] 第八步:在当前初始力学计算基准模型A1。的基础上,按技术方案规定的步骤进行 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AC1和被评估对象单位变 化向量D1ut3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d1。表示的该支承索已有损伤的基础上再有单位损伤(例如取5%、10%、20%或30% 等损伤为单位损伤),如果该被评估对象是一个载荷,就假设该载荷在向量Cl1ci表示的该载 荷已有变化量的基础上再增加载荷单位变化(如果该载荷是分布载荷,且该分布载荷是线 分布载荷,载荷单位变化可以取11<^/111、21^/111、31^/1]1或11^111/111、21^111/111、31^111/1]1等为单位 变化;如果该载荷是分布载荷,且该分布载荷是是面分布载荷,载荷单位变化可以取IMPa、 2MPa、3MPa或lkNm/m2、2kNm/m2、3kNm/m2等为单位变化;如果该载荷是集中载荷,且该集中 载荷是力偶,载荷单位变化可以取lkNm、2kNm、3kNm等为单位变化;如果该载荷是集中载 荷,且该集中载荷是集中力,载荷单位变化可以取lkN、2kN、3kN等为单位变化;如果该载荷 是体积载荷,载荷单位变化可以取11^/1113、21^/1]1 3、31^/1113等为单位变化)。
[0067] 第九步:建立线性关系误差向量e1和向量g\利用前面的数据("被监测量当前 初始数值向量C1/、"单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"),在第八步进行每一次计算的 同时,即在每一次计算假设被评估对象中只有一个被评估对象的增加单位损伤或载荷单位 变化的同时,当假设第k(k= 1,2, 3,……,N)个被评估对象增加单位损伤或载荷单位变化 时,每一次计算组成一个损伤向量,用d1 &表示该损伤向量,对应的被监测量计算当前向量 为C1tk (参见第八步),损伤向量d\k的元素个数等于被评估对象的数量,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单位损伤或载荷单位变化的被评估对 象的单位损伤或载荷单位变化值,Cl1tk的其它元素的数值取0,那个不为0的元素的编号与 假定增加单位损伤或载荷单位变化的被评估对象的对应关系、同其他向量的同编号的元素 同该被评估对象的对应关系是相同的;Cl1tk与被评估对象初始损伤向量d。的元素编号规则 相同,(1\的元素与Clci的元素是一一对应关系。将CAC1U1tk带入式(1),得到一个 线性关系误差向量,每一次计算得到一个线性关系误差向量ebe\的下标k表示第k(k=1,2, 3,……,N)个被评估对象增加单位损伤或载荷单位变化。有N个被评估对象就有N 次计算,就有N个线性关系误差向量,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e1。向量 g1等于最终的误差向量e\将向量g1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。
[0068] &'k =CibsiAC1 ?d'tk -Qtik +Cg) .(1)
[0069] 第十步: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,d1。和d1的元素和被评估对象之间是一一对应关系,d1。和d1的元 素数值代表对应被评估对象的损伤程度或载荷变化程度,d1。和d1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、d1的元素与d。的元素是一一对应关系。
[0070] 第十一步: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CY'、 "单位损伤被监测量数值变化矩阵AC1"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(2),按照多目标优化算法计算当前名义损伤向量d1。的非 劣解,也就是带有合理误差、但可以比较准确地从所有索中确定受损索的位置及其名义损 伤程度的解。
[0071] Ci =Cl^ACi *4: (2)
[0072] 可以采用多目标优化算法中的目标规划法(GoalAttainmentMethod)求解式(2) 得到当前名义损伤向量d1。。
[0073] 第十二步:依据索系统当前实际损伤向量d1的定义和其元素的定义计算得到当前 实际损伤向量d1的每一个元素,从而可由d1确定被评估对象的健康状态。当前实际损伤向 量d1的第k个元素d\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。
[0074] 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(1\表示其当前实际损伤,d\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0与100%之间时表示丧失相应比例的承载能力。
[0075] 第十三步:健康监测系统中的计算机定期自动或由人员操作健康监测系统生成索 系统健康情况报表。
[0076] 第十四步:在指定条件下,健康监测系统中的计算机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。
[0077] 第十五步:建立标识向量B1,如果标识向量B1的元素全为0,则回到第六步继续进 行对索系统的健康监测和计算;如果标识向量B1的元素不全为0,则完成后续步骤后,进入 下一次循环。
[0078] 第十六步:计算得到下一次(即第i+1次,i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的初始损 伤向量d1+1。的每一个元素cT'^k= 1,2,3,……,N);第二,在初始力学计算基准模型Aci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d1'后得到的就是下一次、即第 i+1次(i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的力学计算基准模型A1+1;下一次(即第i+1次,i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的当前初始索结构稳态温度数据向量T1'等于T。下一次(即第 i+1次,i= 1,2, 3, 4,…)循环所需的当前初始索结构支座广义坐标向量U1+1。等于U:得 到mu1'和T,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+1次循环所需的被监测量当前初始数值向量C1'。
[0079] 第十七步:回到第六步,开始由第六步到第十七步的循环。
【主权项】
1.精简广义位移应变监测受损索载荷递进式识别方法,其特征在于所述方法包括: a. 当索结构承受的载荷虽有变化,但索结构正在承受的载荷没有超出索结构初始许用 载荷时,本方法适用;索结构初始许用载荷指索结构在竣工时的许用载荷,能够通过常规力 学计算获得;本方法统一称被评估的支承索和载荷为"被评估对象",设被评估的支承索的 数量和载荷的数量之和为N,即"被评估对象"的数量为N ;本方法用名称"核心被评估对象" 专指"被评估对象"中的被评估的支承索,本方法用名称"次要被评估对象"专指"被评估对 象"中的被评估的载荷;确定被评估对象的编号规则,按此规则将索结构中所有的被评估对 象编号,该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵;本方法用变量k表示这一编号,k = 1,2, 3,…,N ;设索系统中共有吣根支承索,显然核心被评估对象的数量就是M 1;确定指定 的被监测点,被监测点即表征索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,"索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;本方法将"索结构的被监测的应变数据"简称为"被监测量";所有被监测量的数量之 和记为M,M必须大于核心被评估对象的数量,M小于被评估对象的数量;本方法中对同一个 量实时监测的任何两次测量之间的时间间隔不得大于30分钟,测量记录数据的时刻称为 实际记录数据时刻;物体、结构承受的外力可称为载荷,载荷包括面载荷和体积载荷;面载 荷又称表面载荷,是作用于物体表面的载荷,包括集中载荷和分布载荷两种;体积载荷是连 续分布于物体内部各点的载荷,包括物体的自重和惯性力在内;集中载荷分为集中力和集 中力偶两种,在包括笛卡尔直角坐标系在内的坐标系中,一个集中力可以分解成三个分量, 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
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