支座角位移时基于混合监测的识别松弛索的方法基于对多类参量的混合监测、通过监测结构支座角坐标来决定是否需要更新结构的力学计算基准模型，只有当结构支座角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角位移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，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】
在有支座角位移(例如支座绕坐标轴X、Y、Z的转动，实际上就是支座绕坐标轴X、 Y、z的角位移)时，本专利技术基于混合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，还会受索结构支座角位移(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，这样在支座角位移时，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角位移时，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支承索的结构健康监测方法。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，但索结构支座有了旋转，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支座角位移时，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。技术方案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角位移的、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角位移的、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式(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A0 (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#根索，索系统“初始虚拟损伤向量记为之”(如式(1)所示)，用 d0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。权利要求1. 一种，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#根索，结构的被监测的索力数据由结构上軋个指定索的軋个索力数据来描述，结构索力的变化就是所有指定索的索力的变化；每次共有軋个索力测量值或计算值来表征结构的索力信息-M1是一个不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测应变的被测量点，结构的被监测的应变数据可由结构上&个指定点的、及每个指定点的4个指定方向的应变来描述，结构应变数据的变化就是A个指定点的所有被测应变的变化；每次共有丛个应变测量值或计算值来表征结构应变，M2为K2和L2之积-M2是不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测角度的被测量点，结构的被监测的角度数据由结构上A个指定点的、过每个指定点的4个指定直线的、每个指定直线的A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；每次共有為个角度坐标分量测量值或计算值来表征结构的角度信息，為为4、4和A之积·息是一个不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测的形状数据，结构的被监测的形状数据由结构上&个指定点的、 及每个指定点的4个指定方向的空间坐标来描述，结构形状数据的变化就是&个指定点的所有坐标分量的变化；每次共有怂个坐标测量值或计算值来表征结构形状，怂为&和4 之积-M4是一个不小于0的整数；综合上述混合监测的被监测量，整个结构共有I个被监测量，I为M1, M2, M3和M4之和，定义参量K, K为Μ” K2, K3和K4之和，f和I不得小于索的数量#;由于I个被监测量是不同类型的，所以本专利技术称为“支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法”；为方便起见，将本步所列出的“混合监测时结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”；c.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初始虚拟损伤向量 d0 ；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，向量Ji的各元素数值取0;d.在建立初始虚拟损伤向量式的同时，直接测量计算得到索结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G ；e.在建立初始虚拟损伤向量之和被监测量的初始数值向量C；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^ ；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人；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。，建立初始索结构支座角坐标向量 /。，建立索结构当前力学计算基准模型Attj ；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、索结构支座角坐标数据、索结构模态数据、所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积等实测数据，以及索的无损本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种支座角位移时基于混合监测的识别松弛索的方法，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Ｍ１个指定索的Ｍ１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Ｍ１个索力测量值或计算值来表征结构的索力信息；Ｍ１是一个不小于０的整数；确定混合监测时指定的将被监测应变的被测量点，结构的被监测的应变数据可由结构上Ｋ２个指定点的、及每个指定点的Ｌ２个指定方向的应变来描述，结构应变数据的变化就是Ｋ２个指定点的所有被测应变的变化；每次共有Ｍ２个应变测量值或计算值来表征结构应变，Ｍ２为Ｋ２和Ｌ２之积；Ｍ２是不小于０的整数；确定混合监测时指定的将被监测角度的被测量点，结构的被监测的角度数据由结构上Ｋ３个指定点的、过每个指定点的Ｌ３个指定直线的、每个指定直线的Ｈ３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Ｍ３个角度坐标分量测量值或计算值来表征结构的角度信息，Ｍ３为Ｋ３、Ｌ３和Ｈ３之积；Ｍ３是一个不小于０的整数；确定混合监测时指定的将被监测的形状数据，结构的被监测的形状数据由结构上Ｋ４个指定点的、及每个指定点的Ｌ４个指定方向的空间坐标来描述，结构形状数据的变化就是Ｋ４个指定点的所有坐标分量的变化；每次共有Ｍ４个坐标测量值或计算值来表征结构形状，Ｍ４为Ｋ４和Ｌ４之积；Ｍ４是一个不小于０的整数；综合上述混合监测的被监测量，整个结构共有Ｍ个被监测量，Ｍ为Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３和Ｍ４之和，定义参量Ｋ， Ｋ为Ｍ１、Ｋ２、Ｋ３和Ｋ４之和，Ｋ和Ｍ不得小于索的数量Ｎ；由于Ｍ个被监测量是不同类型的，所以本专利技术称为“支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法”；为方便起见，将本步所列出的“混合监测时结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”；ｃ． 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初始虚拟损伤向量ｄｏ；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，向量ｄ１ｏ的各元素数值取０；ｄ． 在建立初始虚拟损伤向量ｄｏ的同时，直接测量计算得到索结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Ｃｏ；ｅ． 在建立初始虚拟损伤向量ｄｏ和被监测量的初始数值向量Ｃｏ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Ｆｏ；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ｌｏ；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Ａｏ，建立初始索结构支座角坐标向量Ｕｏ，建立索结构当前力学计算基准模型Ａｔｏ；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、索结构支座角坐标数据、索结构模态数据、所有索的弹性模量、密承索自由长度的改变量，也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量；这样就实现了支承索的松弛识别和损伤识别；计算时所需索力由当前索力向量Ｆ对应元素给出。伤索的索力和变形后的总长相同；满足上述两个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受损索后，索结构不会发生任何变化，反之亦然；依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度，松弛程度就是支积数据，通过将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际虚拟损伤程度等效的松弛程度，等效的力学条件是：一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、密度及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损的当前实际虚拟损伤向量ｄ得到松弛索的当前实际虚拟损伤程度，利用在第ｉ步获得的当前索力向量Ｆ，利用在第ｉ步获得的所有支承索的两个支承端点的空间坐标，利用在第ｅ步获得的初始自由长度向量ｌｏ，利用在第ｅ步获得的所有索的弹性模量、密度、初始横截面面当前实际虚拟损伤向量ｄ中数值不为０的元素对应的支承索就是有问题的支承索，有问题的支承索可能是松弛索、也可能是受损索，其数值反应了松弛或损伤的程度；ｍ． 从第ｌ步中识别出的有问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的就是松弛索；ｎ． 利用在第ｌ步获得系，计算得到当前实际虚拟损伤向量ｄ的所有元素； 式２式２中ｊ＝１，２，３，……，Ｎ；由于当前实际虚拟损伤向量ｄ的元素数值代表对应索的当前实际虚拟损伤程度，即实际松弛程度或实际损伤程度，解式１...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉林，韩佳邑，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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