有支座沉降时基于角度监测的识别松弛的支承索的方法技术

有支座沉降时基于角度监测的识别松弛的支承索的方法基于角度监测、通过监测结构支座坐标来决定是否需要更新结构的力学计算基准模型，只有当结构支座坐标发生变化时才更新结构的力学计算基准模型，从而得到新的计入结构支座沉降的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变化矩阵。依据应变当前向量同应变初始向量、虚拟单位损伤应变变化矩阵和当前虚拟损伤向量间的近似线性关系，可计算识别出虚拟受损索，在使用无损检测方法鉴别出真实受损索后，剩下的虚拟受损索就是松弛索即需调整索力的索，依据松弛程度同虚拟损伤程度间的关系就可确定需调整的索长。

【技术实现步骤摘要】

在有支座沉降时，本专利技术基于角度等量的监测来识别索支承结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的索系统(指所有支承索)中的需调整索力的支承索，并给出具体的索长调整量，属工程结构安全领域。
技术介绍
索系统通常是索结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的关键组成部分，由于松弛等原因，新结构竣工一段时间后支承索的索力通常会发生变化，结构长期服役后其支承索的松弛也会引起支承索索力的变化，这些变化都将引起结构内力的变化，对结构的安全造成不良影响，严重时将会引起结构的失效，因此准确及时地识别需调整索力的支承索是非常必要的。 支承索系统的健康状态发生变化(例如发生松弛、损伤等)后，除了会引起索力的变化外，还会引起结构的其它可测量参数的变化，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。因此可以基于被监测量监测来识别需调整索力的索，这样在有支座沉降时，就必须有一个能够合理有效的建立被监测量同所有索的特征参数间(具体根据索的特征参数来表征需调整索力的索)的关系的方法，基于该方法建立的需调整索力的支承索的识别结果才会更可信。
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中的、需调整索力的支承索的识别问题，公开了一种基于角度等量的监测的、能够合理有效地识别需调整索力的支承索的结构健康监测方法。 技术方案依据支承索的索力变化的原因，可将支承索的索力变化分为三种情况一是支承索受到了损伤，例如支承索出现了局部裂纹和锈蚀等等；二是支承索并无损伤，但索力也发生了变化，出现这种变化的主要原因之一是支承索自由状态(此时索张力也称索力为0)下的索长度(称为自由长度，本专利技术专指支承索两支承端点间的那段索的自由长度)发生了变化；三是支承索并无损伤，但索结构支座有了位移(其中在重力方向的分量就被称为沉降)，也会引起结构内力的变化，当然也就会引起索力的变化。本专利技术的主要目的之一就是在有支座位移时，要识别出自由长度发生了变化的支承索，并识别出它们的自由长度的改变量，此改变量为该索的索力调整提供了直接依据。支承索自由长度发生变化的6原因不是单一的，为了方便，本专利技术将自由长度发生变化的支承索统称为松弛索。本专利技术由两大部分组成。分别是一、建立用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于实测索结构支座坐标的、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法。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用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于实测索结构支座坐标的、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法。可按如下方法进行，以获得更准确的索系统的健康状态评估。 第一步首先建立索系统初始虚拟损伤向量d。(因为支承索实际上可能是松弛而没有损伤，为表示区别，这里称"虚拟损伤"，后同)、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)。设索系统中共有N根索，索系统"初始虚拟损伤向量记为d。"(如式(1)所示)，用d。表示索结构(用索结构的初始力学计算基准模型A。表示)的索系统的健康状态。 d。= T (1) 式(1)中d。j(j = 1，2，3，.......， N)表示A。中的索系统的第j根索的初始虚拟损伤值，d。j为0时表示第j根索无损伤无松弛，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。式(1)中T表示向量的转置(后同)。 建立索系统初始虚拟损伤向量(依据式(1)记为d。)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虚拟损伤向量d。。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无松弛状态时，向量d。的各元素数值取0。 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)和当前力学计算基准模型At。(例如有限元基准模型)的方法。在本专利技术中A。是不变的。At。是不断更新的。建立A。和At。的方法如下 根据索结构竣工之时的索结构的设计图、竣工图和实测数据(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、结构角度数据、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)，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7据组成初始索结构支座坐标向量U。。 A。和U。是不变的。"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"。 本专利技术中用被监测量初始向量C。表示索结构的所有被监测量的初始值组成的向量(见式(l))。要求在获得A。的同时获得C。。因在前述条件下，基于索结构的计算基准模型计算所得的被监测量可靠地接近于初始被监测量的实测数据，在后面的叙述中，将用同一符号来表示该计算值和实测值。 C。= T (1) 式(1)中C。j (j = 1， 2， 3，.......， M ;M > N)是索结构中第j个被监测量的初始量，该分量依据编号规则对应于特定的第j个被监测量。T表示向量的转置(后同)。 本专利技术中用被监测量当前数值向量C是由索结构中所有被监测量的当前值组成的向量(定义见式(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识别松弛的支承索的方法，其特征在于所述方法包括：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，，在结构服役过程中，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↑［ｔ］”，向量Ｕ↑［ｔ］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，将上一次更新Ａ↑［ｔ］↓［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↑［ｔ］↓［ｏ］；开始时，Ａ↑［ｔ］↓［ｏ］等于Ａ↓［ｏ］，Ｕ↑［ｔ］↓［ｏ］等于Ｕ↓［ｏ］；Ａ↓［ｏ］对应的索的健康状态由ｄ↓［ｏ］描述；ｇ．健康监测系统开始工作时，令Ａ↑［ｔ］↓［ｏ］等于Ａ↓［ｏ］；在结构服役过程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↑［ｔ］，根据当前索结构实测支座坐标向量Ｕ↑［ｔ］，在必要时更新索结构当前力学计算基准模型Ａ↑［ｔ］↓［ｏ］和当前索结构支座坐标向量Ｕ↑［ｔ］↓［ｏ］；ｈ．在索结构当前力学计算基准模型Ａ↑［ｔ］↓［ｏ］的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得索结构虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔＣ和名义虚拟单位损伤向量Ｄ↓［ｕ］；ｉ．实测得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Ｆ；同时，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”。实测计算得到所有支承索的两个支承端点的空间坐标，两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支承端点水平距离。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和之后出现的各向量的、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．定义待求的当前名义虚拟损伤向量ｄ↓［ｃ］和当前实际虚拟损伤向量ｄ。损伤向量ｄ↓［ｏ］、ｄ↓［ｃ］和ｄ的元素个数等于索的数量，损伤向量的元素和索之间是一一对应关系，损伤向量的...

【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]