精简广义位移空间坐标监测载荷问题索递进式识别方法_5

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h表示)表示与这些支承索的松弛程度力学等效的损伤程度,由此就确定了 松弛索,具体松弛量的计算方法在下面说明。与受损索对应的支承索当前实际损伤向量Cf1 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0与100%之间时表示丧失相应比例的承载能力;依据支承索当前实 际损伤向量cf1,从有健康问题的支承索中鉴别出松弛索后,剩下的就是受损索,这些受损索 在支承索当前实际损伤向量(T中对应的元素的数值就表示其损伤程度,对应元素的数值 为100%时表示该支承索彻底丧失承载能力,介于O与100%之间时表示该支承索丧失相应 比例的承载能力,至此便识别出了受损索及其损伤程度。
[0091]利用支承索当前实际损伤向量Cf1表达的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,利用在第六步中、在实测得到被监测量当前数值向量C1的同一时刻获 得的当前索力向量F1和当前支承索两支承端点水平距离向量I1X,利用在第二步中、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(也可以是在建立 索结构的初始力学计算基准模型Aci的同一时刻)获得的支承索初始弹性模量向量E^、支承 索的初始自由长度向量1。、初始自由横截面面积向量A。和初始自由单位长度的重量向量 ?M利用在第二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,具体 地可以依据式(8)或式(9)可以求得这些索的松弛程度(即索长调整量)。这样就实现了 支承索的松弛识别。至此便全部识别了受损索和松弛索。
[0094] 式(8)和式(9)中Ecih是在建立索结构的初始力学计算基准模型A。的同一时刻,第 h根支承索的弹性模量,Acih是在建立索结构的初始力学计算基准模型A^的同一时刻,第h 根支承索的横截面面积,Ocih是在建立索结构的初始力学计算基准模型Aci的同一时刻,第h 根支承索的单位长度的重量,Icih是在建立索结构的初始力学计算基准模型A^的同一时刻, 索结构中第h根支承索的自由长度,Ecih是向量E^的第h个元素,是在建立索结构的初始力 学计算基准模型Aci的同一时刻,索结构中第h根支承索的弹性模量,F\是在实测得到被监 测量当前数值向量C1的同一时刻,第h根支承索的当前索力,(T1h是第h根支承索的当前实 际损伤程度,1\是在实测得到被监测量当前数值向量C1的同一时刻,第h根支承索的两个 支承端点的水平距离,I1xh是当前支承索两支承端点水平距离向量I1X的一个元素,当前支 承索两支承端点水平距离向量I1x的元素的编号规则与初始自由长度向量1。的元素的编号 规则相同。式(9)中□内的项是该支承索的Ernst等效弹性模量,由式(8)或式(9)可以 就可以确定支承索当前松弛程度向量AI1。式(9)是对式(8)的修正。
[0095] 所以根据被评估对象当前实际损伤向量d1能够确定问题索及其健康程度,确定有 哪些载荷发生了变化及其数值。
[0096] 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可能偏离准确值较多,在本方法中仅要求 正确识别核心被评估对象的健康状态。
[0097] 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。
[0098] 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。
[0099] 第十五步:建立标识向量B1,式(11)给出了标识向量B1的第k个元素的定义;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。
[0100] B1=IB1i Si1 * * ? * * * B1J(10)
[0101] 式(1〇)中标识向量B1的上标i表示第i次循环,其元素B1kGc= 1,2, 3,…,N)的 下标k表示第k个被评估对象的健康状态特征,只能取0和1两个量,具体取值规则见式 (21)。
[0102]
[0103] 式(11)中元素B1k是标识向量B1的第k个元素,D、是被评估对象单位变化向量D1u的第k个元素,d\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。
[0104] 第十六步:根据式(12)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'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A。的基础上,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, 4,一)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A1Id1'和U 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'。
[0105]
[0106] 式(12)中D1uk是被评估对象单位变化向量D\的第k个元素,d\是被评估对象当 前初始损伤向量Cl1ci的第k个元素。
[0107] 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.精简广义位移空间坐标监测载荷问题索递进式识别方法,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 的将被监测空间坐标的被测量点,给所有指定点编号;确定过每一测量点的将被监测的空 间坐标分量,给所有被测量空间坐标分量编号;上述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空间坐标数据"由上述所有被测量空间坐标分量组成;为方 便起见,在本方法中将"索结构的被监测的空间坐标数据"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;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. 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;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〇时的长度、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; 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(;,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 状态数据以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Clci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 使用的各种材料的物理和力学性能参数、初始索结构支座广义坐标向量U ci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Aci,基于A ci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的索结构支座广义 坐标数据就是初始索结构支座广义坐标向量U ci;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;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,因此也可以说Cci由A ^的力学计算结果组成,在本方法 中Ac^Cci、d。和U。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A1ci;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
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