有支座沉降时基于角度监测的索系统的递进式健康监测方法技术方案

有支座沉降时基于角度监测的索系统的递进式健康监测方法，基于角度监测、通过监测结构支座坐标来决定是否需要再次更新结构的力学计算基准模型，考虑到了被监测量的当前数值向量同被监测量的初始数值向量、单位损伤被监测量变化矩阵和当前名义损伤向量间的线性关系是近似的，为克服此缺陷，本发明专利技术给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成连续的一个个小区间，在每一个小区间内上述线性关系都是足够准确的，在每一个小区间内可以利用多目标优化算法等合适的算法算出当前索损伤向量的非劣解，据此可以比较准确地确定受损索的位置及其损伤程度。

【技术实现步骤摘要】

斜拉桥、悬索桥、桁架结构等结构有一个共同点，就是它们有许多承受拉伸载荷的部件，如斜拉索、主缆、吊索、拉杆等等，该类结构的共同点是以索、缆或仅承受拉伸载荷的 杆件为支承部件，为方便起见本专利技术将该类结构表述为"索结构"。在有支座沉降时，本专利技术 公开了一种递进式方法、基于角度监测来识别索结构的支承系统(指所有承载索、及所有 起支承作用的仅承受拉伸载荷的杆件，为方便起见，本专利将该类结构的全部支承部件统 一称为"索系统"，但实际上索系统不仅仅指支承索，也包括仅承受拉伸载荷的杆件)中的 受损索(对桁架结构就是指受损的仅承受拉伸载荷的杆件)的方法，属工程结构健康监测 领域。
技术介绍
索系统通常是索结构的关键组成部分，它的失效常常带来整个结构的失效，基于 结构健康监测技术来识别索结构的索系统中的受损索(如前所述也指仅承受拉伸载荷的 杆件)是一种极具潜力的方法。索系统的健康状态发生变化后，会引起结构的可测量参数 的变化，例如引起过索结构的每一点的任意假想直线的角度坐标的变化(例如结构表面任 意一点的切平面中的任意一根过该点的直线的角度坐标的变化，或者结构表面任意一点的 法线的角度坐标的变化)，实际上结构角度的变化包含了索系统的健康状态信息，也就是说 可以利用结构角度数据判断结构的健康状态，可以基于角度监测(本专利技术将被监测的角度 数据称为"被监测量"，后面提到"被监测量"就是指被监测的角度数据)来识别受损索，被 监测量除了受索系统健康状态的影响外，还会受索结构支座沉降(常常会发生)的影响，目 前还没有一种公开的、有效的健康监测系统和方法解决了此问题。 在有支座沉降时，为了能对索结构的索系统的健康状态有可靠的监测和判断，必 须有一个能够合理有效的建立索结构的角度数据的变化同索系统中所有索的健康状况间 的关系的方法，基于该方法建立的健康监测系统可以给出更可信的索系统的健康评估。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是在索结构支座有沉降时，针对索结构中索系统的健康监测问题，提供一种。技术方案本专利技术由两大部分组成。分别是一、建立索系统健康监测系统所需的知识库和参量的方法，以及基于知识库(含参量)和实测索结构的角度及实测索结构支座坐标的索系统递进式健康状态评估方法；二、健康监测系统的软件和硬件部分。本专利技术的第一部分建立索系统健康监测系统所需的知识库和参量的方法，以及基于知识库(含参量)和实测索结构的角度及实测索结构支座坐标的索系统递进式健康状态评估方法。可按如下步骤依次循环往复地、递进式进行，以获得更准确的索系统的健康状态评估。立或已建立本次循环开始时的索系统初 始损伤向量d,(i = 1，2，3，…)、建立索结构的初始力学计算基准模型A。(例如有限元基准 模型，在本专利技术中A。是不变的)、建立索结构的当前力学计算基准模型A"。(例如有限元基 准模型，在每一次循环中A"。是不断更新的)、建立索结构的力学计算基准模型A1 (例如有 限元基准模型，i = 1 ， 2 ， 3 ，…)。字母i除了明显地表示步骤编号的地方外，在本专利技术中字 母i仅表示循环次数，即第i次循环。 设索系统中共有N根索，第i次循环开始时需要的索系统初始损伤向量记为 d。i(如式(1)所示)，用d。i表示该次循环开始时索结构(用力学计算基准模型Ai表示)的 索系统的健康状态。 4丫 (1) 式(1)中di。j(i = 1，2，3，…;j = 1，2，3，.......，N)表示第i次循环开始时、力学计算基准模型A1中的索系统的第j根索的初始损伤值，di。j为0时表示第j根索无损伤， 为100%时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100%之间时表示第j根索丧失相应比例 的承载能力。 第一次循环开始时建立索系统初始损伤向量(依据式(1)记为d1。)时，利用索的 无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据建立索系统初始损伤向量d1。。如果没有索 的无损检测数据及其他能够表达索的健康状态的数据时，或者可以认为结构初始状态为无 损伤状态时，向量d1。的各元素数值取0。 第i次(i = 2，3，4，5，6…)循环开始时需要的索系统初始损伤向量是在前一 次(即第i-l次，i = 2，3，4，5，6…)循环结束前计算获得的，具体方法在后文叙述。 第i次循环开始时需要建立的力学计算基准模型或已建立的力学计算基准模型 记为A、 根据索结构竣工之时的索结构的实测数据(包括索的无损检测数据等能够表达 索的健康状态的数据、索结构形状数据、索力数据、拉杆拉力数据、索结构支座坐标数据、索 结构模态数据等实测数据，对斜拉桥、悬索桥而言是桥的桥型数据、索力数据、桥的模态数 据、)和设计图、竣工图，利用力学方法(例如有限元法)建立A。；如果没有索结构竣工之时 的结构的实测数据，那么就在建立健康监测系统前对结构进行实测，得到索结构的实测数 据(包括索结构形状数据、索力数据、拉杆拉力数据、索结构支座坐标数据、索结构模态数 据等实测数据，对斜拉桥、悬索桥而言是桥的桥型数据、索力数据、桥的模态数据、索的无损 检测数据等能够表达索的健康状态的数据)，根据此数据和索结构的设计图、竣工图，利用 力学方法(例如有限元法)建立A。。不论用何种方法获得A。，基于A。计算得到的索结构计 算数据(对斜拉桥、悬索桥而言是桥的桥型数据、索力数据、桥的模态数据)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A。计算所得的模拟情况下的应变计 算数据、索力计算数据、索结构形状计算数据和位移计算数据、索结构角度数据等，可靠地 接近所模拟情况真实发生时的实测数据。对应于A。的索结构支座坐标数据组成初始索结 构支座坐标向量U。。 A。和U。是不变的，只在第一次循环开始时建立。 第一次循环开始时建立的索结构的力学计算基准模型记为A、A、就等于A。。 第i次(i = 2，3，4，5，6…)循环开始时需要的力学计算基准模型A、是在前一次 (即第i-l次，i = 2，3，4，5，6…)循环结束前计算获得的，具体方法在后文叙述。 已有力学计算基准模型W和索系统初始损伤向量d、后，模型A1中的各索的损伤 由向量d1。表达。在A1的基础上，将所有索的损伤变更为0，力学模型A1更新为一个所有索 的损伤都为0的力学模型(记为A°)，力学模型A°实际上是完好无损的索结构对应的力学 模型。不妨称模型A°为索结构的无损伤模型A°。"结构的全部被监测的角度数据"由结构上K个指定点的、过每个指定点的L个指 定直线的、每个指定直线的H个角度坐标分量来描述，结构角度的变化就是所有指定点的、 所有指定直线的所有指定的角度坐标分量的变化。每次共有M(M二KXLXH)个角度坐标 分量测量值或计算值来表征结构的角度信息。K和M不得小于支承索的数量N。为方便起 见，在本专利技术中将"结构的被监测的角度数据"简称为"被监测量"。 本专利技术用"被监测量的初始数值向量Ci。" (i = 1，2，3，…)表示第i次(i = 1， 2，3，4，5，6…)循环开始时所有指定的被监测量的初始值(参见式(2))，Ci。的全称为"第i 次循环被监测量的初始数值向量"。 C卜[C么C:2 C" C:丫 (2) 式(2)中C^(i = 1，2，3，…;k = 1，2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有支座沉降时基于角度监测的索系统的递进式健康监测方法，其特征是该方法包括：ａ．设共有Ｎ根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；ｂ．确定指定的被测量点，给所有指定点编号；确定过每一测量点的被测量直线，给所有指定的被测量直线编号；确定每一被测量直线的被测量的角度坐标分量，给所有被测量角度坐标分量编号；上述编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；“结构的全部被监测的角度数据”由上述所有被测量角度坐标分量组成；为方便起见，次数，即第ｉ次循环；因此第一次循环开始时建立的索结构的力学计算基准模型记为Ａ↑［１］，其中Ａ↑［１］就等于Ａ↓［ｏ］；为叙述方便，命名“索结构当前力学计算基准模型Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］”，在每一次循环中Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］根据需要会不断更新，每一次循环开始时，Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］等于Ａ↑［ｉ］；同样为叙述方便，命名“索结构实测支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］”，在每一次循环中，不断实测获得索结构支座坐标当前数据，所有索结构支座坐标当前数据组成当前索结构实测支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］，向量Ｕ↑［ｔｉ］的元素与向量Ｕ↓［ｏ］相同位置的元素表示相同支座的相同方向的坐标；为叙述方便起见，对于第ｉ次循环，将上一次更新Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］时的索结构支座坐标当前数据记为当前索结构支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］↓［ｏ］；第一次循环开始时，Ａ↑［ｔ１］↓［ｏ］等于Ａ↑［１］，Ｕ↑［ｔ１］↓［ｏ］等于Ｕ↓［ｏ］；ｇ．实测获得索结构支座坐标当前数据，所有索结构支座坐标当前数据组成当前索结构实测支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］，根据当前索结构实测支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］，在必要时更新索结构当前力学计算基准模型Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］和当前索结构支座坐标向量Ｕ↑［ｔｉ］↓［ｏ］；ｈ．在索结构当前力学计算基准模型Ａ↑［ｔｉ］↓［ｏ］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变化矩阵ΔＣ↑［ｉ］和名义单位损伤向量Ｄ↑［ｉ］↓［ｕ］；ｉ．实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成“被监测量的当前数值向量Ｃ↑［ｉ］”。给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；ｊ．定义索系统当前名义损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］和当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］，损...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉林，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]