有支座沉降时混合监测的识别松弛的支承索的递进式方法技术

有支座沉降时基于混合监测的识别松弛的支承索的递进式方法基于对多类参量的混合监测、通过监测结构支座坐标，用于识别松弛的支承索时，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、虚拟单位损伤被监测量数值变化矩阵和当前名义虚拟损伤向量间的线性关系是近似的，为克服此缺陷，给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，可识别出虚拟受损索，在使用无损检测等方法从中鉴别出真实受损索后，剩下的虚拟受损索就是松弛的支承索，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，本专利技术公开了一种递进式方法、基于混合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，会引起结构的可测量参数的变化，例如会引起索力的变化，会影响索结构的变形或应变，会影响索结构的形状或空间坐标，会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)，所有的这些变化都包含了索系统的健康状态信息，因此可以通过对这些不同类型的结构的特征参量的变化的混合监测来判断结构的健康状态，本专利技术将所有被监测的结构特征参量统称为“被监测量”，由于此时被监测量是由结构的不同类型的可测量参数混合组成，本专利技术称此为混合监测，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，公开了一种基于对多类参量的混合监测的、能够合理有效地识别需调整索力的。 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。 第一步每一次循环开始时，首先需要建立或已建立本次循环开始时的索系统初始虚拟损伤向量doi(i＝1，2，3，…。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Ao(例如有限元基准模型，在本专利技术中Ao是不变的)、建立索结构的当前力学计算基准模型Atio(例如有限元基准模型，在每一次循环中Atio是不断更新的)、建立索结构的力学计算基准模型Ai(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“初始虚拟损伤向量记为doi”(如式(1)所示)，用doi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。 式(1)中dioj(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Ai中的索系统的第j根索的初始虚拟损伤值，dioj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)。 第一次循环开始时建立索系统初始虚拟损伤向量(依据式(1)记为d1o)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d1o。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d1o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虚拟损伤向量dio，是在前一次(即第i-1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Ai。 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Ao；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Ao。不论用何种方法获得Ao，基于Ao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Ao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Ao的索结构支座坐标数据组成初始索结构支座坐标向量Uo。Ao和Uo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A1，A1就等于Ao。A1对应的索的健康状态由d1o描述。 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Ai，是在前一次(即第i-1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A1和索系统初始虚拟损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有支座沉降时混合监测的识别松弛的支承索的递进式方法，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．确定混合监测时指定的将被监测索力的支承索，设索系统中共有Ｎ根索，结构的被监测的索力数据由结构上Ｍ↓［１］个指定索的Ｍ↓［１］个索力数据来描述，结构索力的变化就是所有指定索的索力的变化；每次共有Ｍ↓［１］个索力测量值或计算值来表征结构的索力信息；Ｍ↓［１］是一个不小于０的整数；确定构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量的初始数值向量Ｃ↑［１］↓［ｏ］；　　ｅ．在建立初始虚拟损伤向量ｄ↑［１］↓［ｏ］和被监测量的初始数值向量Ｃ１ｏ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↓［ｏ］；同时，依据结构设计数据、竣工数据得到所有支承索的初始自由长度，组成初始自由长度向量ｌ↓［ｏ］；同时，依据结构设计数据、竣工数据或实测得到索结构的初始几何数据；同时，实测或根据结构设计、竣工资料得到所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积；　　ｆ．建立索结构的初始力学计算基准模型Ａ↓［ｏ］，建立初始索结构支座坐标向量Ｕ↓［ｏ］，建立第一次循环开始时需要的索结构的力学计算基准模型Ａ↑［１］；依据索结构竣工之时的索结构的实测数据，该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、所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积实测数据，以及索的无损检测数据等能够表达索的健康状态的数据，依据设计图和竣工图，利用力学方法建立索结构的初始力学计算基准模型Ａ↓［ｏ］；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该索结构进行实测，同样得到索结构的实测数据，根据此数据和索结构的设计图、竣工图，同样利用力学方法建立索结构的初始力学计算基准模型Ａ↓［ｏ］；不论用何种方法获得Ａ↓［ｏ］，基于Ａ↓［ｏ］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↓［ｏ］的索结构支座坐标数据组成初始索结构支座坐标向量Ｕ↓［ｏ］；Ａ↓［ｏ］和Ｕ↓［ｏ］是不变的，只在第一次循环开始时建立；第ｉ次循环开始时建立的索结构的力学计算基准模型记为Ａ↑［ｉ］，其中ｉ表示循环次数；本专利技术的申请书中字母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；因此第一次循环开始时建...

【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]