基于角度监测的识别受损索和支座位移的递进式方法技术

基于角度监测的识别受损索和支座位移的递进式方法基于角度监测，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快速识别出支座位移和受损索。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基于结构健康监测技术，基于角度监测、采用递进式方法来识别支座位移和索结构的索系统中的受损索，属工程结构健康监测领域。
技术介绍
支座位移对索结构安全是一项重大威胁，同样的，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支座位移和索结构的索系统中的受损索是一种极具潜力的方法。当支座出现位移时、或索系统的健康状态发生变化时、或者两种情况同时发生时，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，实际上这些可测量参数的变化包含了索系统的健康状态信息、包含了支座位移信息，也就是说可以利用结构的可测量参数来识别支座位移和受损索。 为了能对索结构的索系统的健康状态和支座位移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可测量参数的变化同支座位移和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支座位移评估和索系统的健康评估。
技术实现思路
技术问题本专利技术公开了一种基于角度监测的、采用递进式方法的、能够合理有效地识别支座位移和受损索的健康监测方法。 技术方案斜拉桥、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”。在索结构的服役过程中，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)会受损，同时索结构的支座也可能出现位移，这些变化对索结构的安全是一种威胁。 设索的数量和支座位移分量的数量之和为N。为叙述方便起见，本专利技术统一称被评估的索和支座位移为“被评估对象”，给被评估对象连续编号，本专利技术用用变量j表示这一编号，j＝1，2，3，...，N，因此可以说有N个被评估对象。 本专利技术由两大部分组成。分别是一、建立被评估对象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)和实测索结构的角度数据的被评估对象健康状态评估方法；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用于被评估对象健康监测的知识库和参量的方法。可按如下步骤依次循环往复地、递进式进行 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被评估对象初始健康状态向量doi(i＝1，2，3，…)、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。 第i次循环开始时需要的索结构“初始健康状态向量doi”(如式(1)所示)，用doi表示第i次循环开始时索结构(用力学计算基准模型Ai表示)的索结构的初始健康状态。 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个被评估对象的当前健康状态，如果该被评估对象是索系统中的一根索(或拉杆)，那么di表示其当前损伤，di为0时表示无损伤，为100％时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100％之间时表示丧失相应比例的承载能力，如果该被评估对象是一个支座的一个位移分量，那么di表示其当前位移数值。式(1)中T表示向量的转置(后同)。 第一次循环开始时建立初始健康状态向量(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以及支座位移测量建立被评估对象初始健康状态向量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的中与索相关的各元素数值取0。 第i次(i＝2，3，4，5，6…)循环开始时需要的被评估对象初始健康状态向量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。 根据索结构完工之时的索结构的实测数据(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)和设计图、竣工图，利用力学方法(例如有限元法)建立Ao；如果没有索结构完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。Ao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对应的被评估对象的健康状态由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和被评估对象初始健康状态向量d1o后，模型A1中的各被评估对象的健康状态由向量d1o表达。在A1的基础上，将所有被评估对象的健康状态数值变更为0，力学模型A1更新为一个所有被评估对象的健康状态都为0的力学模型(记为A0)，力学模型A0实际上是完好无损无支座位移的索结构对应的力学模型。不妨称模型A0为索结构的无损伤无支座位移模型A0。 “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＝K×L×H)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不得小于被评估对象的数量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”。在后面提到“被监测量的某某矩阵或某某向量”时，也可读成“被监测的角度的某某矩阵或某某向量”。 本专利技术中用被监测量初始数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于角度监测的识别受损索和支座位移的递进式方法，其特征在于所述方法包括：ａ．称被评估的支承索和支座位移分量为被评估对象，设被评估的支承索的数量和支座位移分量的数量之和为Ｎ，即被评估对象的数量为Ｎ；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；用变量ｊ表示这一编号，ｊ＝１，２，３，．．．，Ｎ；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程度或支座位移，当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］的元素数值代表对应被评估对象的当前实际损伤程度或支座位移，两个损伤向量的元素的元素个数等于被评估对象的数量，两个损伤向量的元素和被评估对象之间是一一对应关系，两个损伤向量的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；ｉ．依据“被监测量的当前数值向量Ｃ↑［ｉ］”同“被监测量的初始数值向量Ｃ↑［ｉ］↓［ｏ］”、“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔＣ↑［ｉ］”和“当前名义损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］”间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式１，式１中除ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］外的其它量均为已知，求解式１就可以算出当前名义损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］；Ｃ↑［ｉ］＝Ｃ↓［ｏ］↑［ｉ］＋ΔＣ↑［ｉ］.ｄ↓［ｃ］↑［ｉ］式１ｊ．利用式２表达的当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］同初始损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｏ］和当前名义损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］的元素间的关系，计算得到当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］的所有元素；ｄ↑［ｉ］↓［ｊ］＝１－（１－ｄ↓［ｏｊ］↑［ｉ］）（１－ｄ↓［ｃｊ］↑［ｉ］）式２式２中ｊ＝１，２，３，……，Ｎ；当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］的元素数值代表对应被评估对象的实际损伤程度或实际支座位移，根据当前实际损伤向量ｄ↑［ｉ］就能确定有哪些索受损及其损伤程度，就能确定实际支座位移；若当前实际损伤向量的某一元素对应于是索系统中的一根索，且其数值为０，表示该元素所对应的索是完好的，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，则表示该索丧失了相应比例的承载能力；如果当前实际损伤向量的某一元素对应于一个支座的一个位移分量，那么ｄ↑［ｉ］↓［ｊ］表示其当前位移数值；ｋ．在求得当前名义损伤向量ｄ↑［ｉ］↓［ｃ］后，按照式３建立标识向量Ｆ↑［ｉ］，式４给出了标识向量Ｆ↑［ｉ］的第ｊ个...

【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]