支座角位移时基于索力监测的索系统的健康监测方法基于索力监测、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。依据被监测量的当前数值向量同被监测量初始向量、单位损伤被监测量变化矩阵、单位损伤标量和待求的索系统当前损伤向量间存在的近似线性关系，可以利用多目标优化算法等合适的算法快速算出当前索损伤向量的非劣解，据此可以在有支座角位移时、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Χ、Υ、Ζ的角位移)时，本专利技术基于索力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)，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，例如会引起支承索索力的变化，实际上索力的变化包含了索系统的健康状态信息，也就是说可以利用索力数据判断结构的健康状态，可以基于索力监测(本专利技术将被监测的索力称为“被监测量”，后面提到“被监测量”就是指被监测的索力)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。在有支座角位移时，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每一根索的索力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角位移时，针对索结构中索系统的健康监测问题，公开了一种基于索力监测的、能够合理有效地监测索结构中索系统的健康监测方法。技术方案本专利技术由三大部分组成。分别是建立索系统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)和实测每一根索的索力及实测索结构支座角位移的索系统健康状态评估方法、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索系统健康监测的知识库和参量的方法。具体如下1.建立索结构的初始力学计算基准模型Α。(例如有限元基准模型)和当前力学计算基准模型#。(例如有限元基准模型)的方法。在本专利技术中Α。是不变的。Attj是不断更新的。 建立Α。、建立和更新Attj的方法如下。建立Α。时，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、索结构支座角坐标数据、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 A。；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、索结构支座角坐标数据、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。的索结构支座角坐标数据组成初始索结构支座角坐标向量U0。在索结构服役过程中，不断实测获得索结构支座角坐标当前数据(所有数据组成当前索结构实测支座角坐标向量让，向量If的定义方式与向量V相同)。为方便起见，将上一次更新当前力学计算基准模型时的索结构支座角坐标当前数据记为当前索结构支座角坐标向量V。。建立和更新At。的方法是在初始时刻，At。就等于A。，V。就等于^ ；在索结构服役过程中，不断实测获得索结构支座角坐标数据得到当前索结构实测支座角坐标向量 If,如果If等于让。，则不需要对At0进行更新；如果If不等于If0,则需要对At0进行更新，此时M与^的差就是索结构支座关于初始位置(对应于A。)的支座角位移V，更新At0的方法是对A。中的索结构支座施加位移约束(其数值取自支座角位移向量K)后得到更新的当前力学计算基准模型#。，更新At0的同时，C。所有元素数值也用If所有元素数值代替，即更新了《，这样就得到了正确地对应于Attj的《。设索系统中共有#根支承索，结构索力数据就由#根支承索的索力来描述。为方便起见，在本专利技术中将“结构的被监测的索力数据”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“索力的某某矩阵或某某向量”。本专利技术中用被监测量初始向量G表示索结构的所有被监测量的初始值组成的向量(见式(1))。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。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.结构索力数据就由#根支承索的索力来描述；为方便起见，在本专利技术中将“结构的被监测的索力数据”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“索力的某某矩阵或某某向量”。c.直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量初始向量C；； 在实测得到被监测量初始向量G的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据、结构的初始几何数据、初始索结构支座坐标数据和初始索结构支座角坐标数据，初始索结构支座角坐标数据组成初始索结构支座角坐标向量^；d.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据、索的无损检测数据、初始索结构支座坐标数据和初始索结构支座角坐标向量^建立索结构的初始力学计算基准模型A。， 并第一次建立索结构的当前力学计算基准模型#。，索结构的实测数据至少包括索结构的所有索的初始索力数据、初始索结构支座坐标数据、初始索结构支座角坐标数据和索结构的初始几何数据；第一次建立索结构的当前力学计算基准模型Attj时，索结构的当前力学计算基准模型Attj就等于索结构的初始力学计算基准模型A。；对应于索结构的当前力学计算基准模型Attj的索结构支座角坐标数据组成当前索结构支座角坐标向量V。，第一次建立索结构的当前力学计算基准模型Attj时，Lf0就等于U0 ；e.从这里进入由第e步到第k步的循环；在结构服役过程中，不断实测得到索结构支座角坐标当前数据，所有索结构支座角坐标当前数据组成当前索结构实测支座角坐标向量 If;f.根据当前索结构实测支座角坐标向量V，在必要时更新当前力学计算基准模型Attj 和当前索结构支座角坐标本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种支座角位移时基于索力监测的索系统的健康监测方法，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． 结构索力数据就由Ｎ根支承索的索力来描述；为方便起见，在本专利技术中将“结构的被监测的索力数据”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“索力的某某矩阵或某某向量”。ｃ． 直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量初始向量Ｃｏ；在实测得到被监测量初始向量Ｃｏ的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据、结构的初始几何数据、初始索结构支座坐标数据和初始索结构支座角坐标数据，初始索结构支座角坐标数据组成初始索结构支座角坐标向量Ｕｏ；ｄ． 根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据、索的无损检测数据、初始索结构支座坐标数据和初始索结构支座角坐标向量Ｕｏ建立索结构的初始力学计算基准模型Ａｏ，并第一次建立索结构的当前力学计算基准模型Ａｔｏ，索结构的实测数据至少包括索结构的所有索的初始索力数据、初始索结构支座坐标数据、初始索结构支座角坐标数据和索结构的初始几何数据；第一次建立索结构的当前力学计算基准模型Ａｔｏ时，索结构的当前力学计算基准模型Ａｔｏ就等于索结构的初始力学计算基准模型Ａｏ；对应于索结构的当前力学计算基准模型Ａｔｏ的索结构支座角坐标数据组成当前索结构支座角坐标向量Ｕｔｏ，第一次建立索结构的当前力学计算基准模型Ａｔｏ时，Ｕｔｏ就等于Ｕｏ；ｅ． 从这里进入由第ｅ步到第ｋ步的循环；在结构服役过程中，不断实测得到索结构支座角坐标当前数据，所有索结构支座角坐标当前数据组成当前索结构实测支座角坐标向量Ｕｔ；ｆ． 根据当前索结构实测支座角坐标向量Ｕｔ，在必要时更新当前力学计算基准模型Ａｔｏ和当前索结构支座角坐标向量Ｕｔｏ；ｇ． 在当前力学计算基准模型Ａｔｏ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和单位损伤标量Ｄｕ；ｈ． 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． 定义索系统当前损伤向量ｄ，索系统当前损伤向量ｄ的元素个数等于索的数量，索系统当前损伤向量ｄ的元素和索之间是一一对应关系，索系统当前损伤向量ｄ的元素数值代表对应索的损伤程度或健康状态；ｊ． 依据被监测量的当前数值向量Ｃ同被监测量初始向量Ｃｏ、索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔＣ、单位损伤标量Ｄｕ和待求的索系统当前损伤向量ｄ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外的其它量均为已知，求解式１就可以算出索系统当前损伤向量ｄ；由于当前损伤向量ｄ的元素数值代表对应索的损伤程度，所以根据当前损伤向量确定有哪些索受损及其损伤程度，即实现了索结构中索系统的健康监测；若当前索损伤向量的某一元素的数值为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；式１ｋ． 回到第ｅ步，开始有第ｅ步到第ｋ步的下一次循环。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉林，张居锁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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