基于索力监测识别受损索支座广义位移的递进式方法基于索力监测，即基于对全部支承索和人为增加的索的索力进行监测，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广义位移和受损索。
【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广义位移(例如支座广义位移指支座沿X、Y、Z轴的线位移及支座绕Χ、Υ、Ζ轴的角位移；对应于支座广义位移，支座广义坐标指支座关于X、Y、Z轴的坐标及支座关于X、Y、Z轴的角坐标)，这些变化对索结构的安全是一种威胁，本专利技术基于结构健康监测技术，基于索力监测、采用递进式方法来识别支座广义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
支座广义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广义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。当支座出现广义位移时、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、包含了支座广义位移信息，也就是说可以利用结构的可测量参数来识别支座广义位移和受损索。为了能对索结构的索系统的健康状态和支座广义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广义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广义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索力监测的、采用递进式方法的、能够合理有效地识别支座广义位移和受损索的健康监测方法。技术方案设索的数量和支座广义位移分量的数量之和为见为叙述方便起见，本专利技术统一称被评估的索和支座广义位移为“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‘=l，2，3，···，见因此可以说有#个被评估对象。设索系统中共有軋根支承索，结构索力数据包括这根支承索的索力，显然小于被评估对象的数量#。仅仅通过軋个支承索的軋个索力数据来求解未知的#个被评估对象的状态是不可能的，本专利技术在监测全部軋根支承索索力的基础上，增加对不少于GV- M1) 个其他被监测量。增加的不少于GV- M1)个的其他被监测量仍然是索力，叙述如下在结构上人为增加丛( 不小于N- i/p根索，新增加的丛根索的刚度同索结构的任意一根支承索的刚度相比，可以小很多，例如小10倍，新增加的丛根索的索力应当较小，例如其横截面正应力应当小于其疲劳极限，这些要求可以保证新增加的丛根索不会发生疲劳损伤，新增加的丛根索的两端应当充分锚固，保证不会出现松弛，新增加的丛根索应当得到充分的防腐蚀保护，保证新增加的尾根索不会发生损伤和松弛，在结构健康监测过程中将监测这新增加的丛根索的索力。综合上述被监测量，整个结构共有I (M=M^M2)根索的I个被监测量，I应当大于被评估对象的数量#。由于I个被监测量都是索力，所以本专利技术称为“”。为方便起见，在本专利技术中将“结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”。给Ji 个被监测量连续编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本专利技术用用变量左表示这一编号,左=1，2，3，…，M0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)和实测索结构的索力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i//(i=l，2，3，…)、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，在本专利技术中A。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=l，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dj” (如式(1)所示)，用dj 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。4 = [^j1 · · · 4 · · ·⑴式(1)中Clioj (i=l, 2，3，···,· j =1, 2，3，…….，H)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)，那么式表示其当前损伤，式为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广义位移分量，那么式表示其当前广义位移数值。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广义位移测量建立被评估对象初始健康状态向量 <>。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 ，是在前一次(即第i-Ι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。建立索结构的力学计算基准模型A。(例如有限元基准模型)的方法如下 首先在索结构上增加丛( 不小于N- i/p根索，新增加的尾根索的刚度同结构的任意一根支承索的刚度相比，可以应当小很多，例如小10倍，在结构健康监测过程中将监测这新增加的丛根索的索力。在结构健康监测系统开始工作前实测得到这新增加的丛根索的索力。同时测量得到新增加的丛根索的几何参数和力学参数，测量得到新增加的尾根索的两个在索结构上安装端点的坐标。称上述信息为新增加的丛根索的所有信息。新增加的丛根索的所有信息已知后，再建立A。。建立A。时，根据已知的新增加的丛根索的所有信息，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、索结构支座广义坐标数据、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(包括索结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
个广义位移分量，那么表示其当前广义位移数值；ｍ．在求得当前名义损伤向量ｄｉｃ后，按照式３建立标识向量Ｆｉ，式４给出了标识向量Ｆｉ的第ｊ个元素的定义；（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇［＇ｃｌｏｓｅ＝＇］＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｎ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式３（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）ｉｆ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＆ｌｔ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｕｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）ｉｆ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＆ＧｒｅａｔｅｒＥｑｕａｌ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｕｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式４式４中元素是标识向量Ｆｉ的第ｊ个元素，ＤｉＵｊ是名义单位损伤向量ＤｉＵ的第ｊ个元素，ｄｉｃｊ是当前名义损伤向量ｄｉｃ的第ｊ个元素，它们都表示第ｊ个被评估对象的相关信息，式４中ｊ＝１，２，３，……，Ｎ；ｎ．如果标识向量Ｆｉ的元素全为０，则回到第ｇ步继续本次循环；如果标识向量Ｆｉ的元素不全为０，则进入下一步、即第ｏ步；ｏ．根据式５计算得到下一次、即第ｉ＋１次循环所需的初始损伤向量ｄｉ＋１ｏ的每一个元素ｄｉ＋１ｏｊ；（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｏｊ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｏｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｕｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式５式５中ＤｉＵｊ是名义单位损伤向量ＤｉＵ的第ｊ个元素，ｄｉｃｊ是当前名义损伤向量ｄｉｃ的第ｊ个元素，Ｆｉｊ是标识向量Ｆｉ的第ｊ个元素，式５中ｊ＝１，２，３，……，Ｎ；向量ｄｉ＋１ｏ的元素的编号规则和被评估...
【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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