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精簡混合監測問題索載荷識別方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510439340.9

申請日:

2015.07.23

公開號:

CN105067322A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01M 99/00申請日:20150723|||公開
IPC分類號: G01M99/00(2011.01)I; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: G01M99/00
申請人: 東南大學
發明人: 韓玉林; 韓佳邑
地址: 211189江蘇省南京市江寧區東南大學路2號
優先權:
專利代理機構: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249 代理人: 楊曉玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510439340.9

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

精簡混合監測問題索載荷識別方法基于混合監測,通過監測索結構溫度和環境溫度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型,得到計入索結構溫度和環境溫度的索結構的力學計算基準模型,在此模型的基礎上計算獲得單位損傷被監測量數值變化矩陣。依據被監測量當前數值向量同被監測量當前初始數值向量、單位損傷被監測量數值變化矩陣和待求的被評估對象當前名義損傷向量間存在的近似線性關系算出被評估對象當前名義損傷向量的非劣解,據此可以在有溫度變化時,剔除干擾因素的影響,識別出問題索。

權利要求書

1.精簡混合監測問題索載荷識別方法,其特征在于所述方法包括:
a.當索結構承受的載荷雖有變化,但索結構正在承受的載荷沒有超出索結
構初始許用載荷時,本方法適用;索結構初始許用載荷指索結構在竣工時的許用
載荷,能夠通過常規力學計算獲得;本方法統一稱被評估的支承索和載荷為“被
評估對象”,設被評估的支承索的數量和載荷的數量之和為N,即“被評估對象”
的數量為N;本方法用名稱“核心被評估對象”專指“被評估對象”中的被評估
的支承索,本方法用名稱“次要被評估對象”專指“被評估對象”中的被評估的
載荷;確定被評估對象的編號規則,按此規則將索結構中所有的被評估對象編號,
該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣;本方法用變量k表示這一編號,
k=1,2,3,…,N;確定混合監測時指定的將被監測索力的支承索,設索系統中共有
Q根支承索,顯然核心被評估對象的數量就是Q;索結構的被監測的索力數據由
索結構上M1個指定支承索的M1個索力數據來描述,索結構索力的變化就是所
有指定支承索的索力的變化;每次共有M1個索力測量值或計算值來表征索結構
的索力信息;M1是一個不小于0不大于Q的整數;確定混合監測時指定的將被
監測應變的被測量點,索結構的被監測的應變數據可由索結構上K2個指定點的、
及每個指定點的L2個指定方向的應變來描述,索結構應變數據的變化就是K2個
指定點的所有被測應變的變化;每次共有M2個應變測量值或計算值來表征索結
構應變,M2為K2和L2之積;M2是不小于0的整數;確定混合監測時指定的將
被監測角度的被測量點,索結構的被監測的角度數據由索結構上K3個指定點的、
過每個指定點的L3個指定直線的、每個指定直線的H3個角度坐標分量來描述,
索結構角度的變化就是所有指定點的、所有指定直線的、所有指定的角度坐標分
量的變化;每次共有M3個角度坐標分量測量值或計算值來表征索結構的角度信
息,M3為K3、L3和H3之積;M3是一個不小于0的整數;確定混合監測時指定
的將被監測的形狀數據,索結構的被監測的形狀數據由索結構上K4個指定點的、
及每個指定點的L4個指定方向的空間坐標來描述,索結構形狀數據的變化就是
K4個指定點的所有坐標分量的變化;每次共有M4個坐標測量值或計算值來表征
索結構形狀,M4為K4和L4之積;M4是一個不小于0的整數;綜合上述混合監
測的被監測量,整個索結構共有M個被監測量,M為M1、M2、M3和M4之和,
定義參量K,K為M1、K2、K3和K4之和,K和M必須不小于核心被評估對象
的數量Q+4,K和M小于被評估對象的數量N;為方便起見,在本方法中將本
步所列出的M個被監測量簡稱為“被監測量”;本方法中對同一個量實時監測的
任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘,測量記錄數據的時刻稱為實際
記錄數據時刻;物體、結構承受的外力可稱為載荷,載荷包括面載荷和體積載荷;
面載荷又稱表面載荷,是作用于物體表面的載荷,包括集中載荷和分布載荷兩種;
體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,包括物體的自重和慣性力在內;集
中載荷分為集中力和集中力偶兩種,在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系中,
一個集中力可以分解成三個分量,同樣的,一個集中力偶也可以分解成三個分量,
如果載荷實際上是集中載荷,在本方法中將一個集中力分量或一個集中力偶分量
計為或統計為一個載荷,此時載荷的變化具體化為一個集中力分量或一個集中力
偶分量的變化;分布載荷分為線分布載荷和面分布載荷,分布載荷的描述至少包
括分布載荷的作用區域和分布載荷的大小,分布載荷的大小用分布集度來表達,
分布集度用分布特征和幅值來表達;如果載荷實際上是分布載荷,本方法談論載
荷的變化時,實際上是指分布載荷分布集度的幅值的改變,而所有分布載荷的作
用區域和分布集度的分布特征是不變的;在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系
中,一個分布載荷可以分解成三個分量,如果這分布載荷的三個分量的各自的分
布集度的幅值發生變化,且變化的比率不全部相同,那么在本方法中把這分布載
荷的三個分量計為或統計為三個分布載荷,此時一個載荷就代表分布載荷的一個
分量;體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,體積載荷的描述至少包括體
積載荷的作用區域和體積載荷的大小,體積載荷的大小用分布集度來表達,分布
集度用分布特征和幅值來表達;如果載荷實際上是體積載荷,在本方法中實際處
理的是體積載荷分布集度的幅值的改變,而所有體積載荷的作用區域和分布集度
的分布特征是不變的,此時在本方法中提到載荷的改變時實際上是指體積載荷的
分布集度的幅值的改變,此時,發生變化的載荷是指那些分布集度的幅值發生變
化的體積載荷;在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系中,一個體積載荷可以分
解成三個分量,如果這體積載荷的三個分量的各自的分布集度的幅值發生變化,
且變化的比率不全部相同,那么在本方法中把這體積載荷的三個分量計為或統計
為三個分布載荷;
b.本方法定義“本方法的索結構的溫度測量計算方法”按步驟b1至b3進
行;
b1:查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱
學參數,利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據,利用這些數據
和參數建立索結構的傳熱學計算模型;查詢索結構所在地不少于2年的近年來的
氣象資料,統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天,在本方法中將白天
不能見到太陽的一整日稱為陰天,統計得到T個陰天中每一個陰天的0時至次
日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫,日出時刻是指根據地球自轉
和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻,不表示當天一定可以看見太陽,能夠查
詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時刻,每一個陰天的0
時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫
的最大溫差,有T個陰天,就有T個陰天的日氣溫的最大溫差,取T個陰天的
日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差,參考日溫差記為ΔTr;查詢索結構
所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處
環境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律,計算得到索結構所在地和
所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環境的溫度關于海拔高度的最
大變化率ΔTh,為方便敘述取ΔTh的單位為℃/m;在索結構的表面上取“R個索
結構表面點”,取“R個索結構表面點”的具體原則在步驟b3中敘述,后面將通
過實測得到這R個索結構表面點的溫度,稱實測得到的溫度數據為“R個索結構
表面溫度實測數據”,如果是利用索結構的傳熱學計算模型,通過傳熱計算得到
這R個索結構表面點的溫度,就稱計算得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度
計算數據”;從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間,在索結構上均布選取不
少于三個不同的海拔高度,在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面
的交線處至少選取兩個點,從選取點處引索結構表面的外法線,所有選取的外法
線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”,測量索結構沿壁厚的溫度
分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交,在選取的測量索結構沿壁厚
的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外
法線方向,沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不
少于三個點,對于支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一
個點,僅僅測量支承索的表面點的溫度,測量所有被選取點的溫度,測得的溫度
稱為“索結構沿厚度的溫度分布數據”,其中沿與同一“水平面與索結構表面的
交線”相交的、“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結構沿
厚度的溫度分布數據”,在本方法中稱為“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分
布數據”,設選取了H個不同的海拔高度,在每一個海拔高度處,選取了B個測
量索結構沿壁厚的溫度分布的方向,沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向
在索結構中選取了E個點,其中H和E都不小于3,B不小于2,對于支承索E
等于1,計索結構上“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的總數為HBE
個,后面將通過實測得到這HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”
的溫度,稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”,如果
是利用索結構的傳熱學計算模型,通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚
度的溫度分布數據的點的溫度,就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿
厚度溫度計算數據”;在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置,
將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫;在索結
構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置,該位置應當在全年的每一日都能得到該
地所能得到的該日的最充分的日照,在該位置安放一塊碳鋼材質的平板,稱為參
考平板,參考平板與地面不可接觸,參考平板離地面距離不小于1.5米,該參考
平板的一面向陽,稱為向陽面,參考平板的向陽面是粗糙的和深色的,參考平板
的向陽面應當在全年的每一日都能得到一塊平板在該地所能得到的該日的最充
分的日照,參考平板的非向陽面覆有保溫材料,將實時監測得到參考平板的向陽
面的溫度;
b2:實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據,
同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據,同時實時監測得到
符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據;通過實時監測得到當日
日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序
列,索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30
分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列,找到索結構
所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用索結構所在環境的氣
溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時
刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,稱為環境最大溫差,記為ΔTemax;
由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境
的氣溫關于時間的變化率,該變化率也隨著時間變化;通過實時監測得到當日日
出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序
列,參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后
30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先后順序排列,找
到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用參考平
板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的
向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,稱為
參考平板最大溫差,記為ΔTpmax;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時
刻后30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列,有
R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列,每一個索結構表面溫
度實測數據序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘
之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先后順序排列,找到每一個索結構表面
溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用每一個索結構表面溫度實測數據
序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結構表面點的溫度的當日日出時
刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,有R個索結構表面點就有R個當
日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數值,其中的最大值稱為
索結構表面最大溫差,記為ΔTsmax;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常
規數學計算得到每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率,每一個索結構表
面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化;通過實時監測得到當日日出時刻
到次日日出時刻后30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結構沿厚度的溫度
分布數據”后,計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結
構沿厚度的溫度分布數據”中的最高溫度與最低溫度的差值,這個差值的絕對值
稱為“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”,選取了H個不同的海拔高度
就有H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”,稱這H個“相同海拔高
度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”,記
為ΔTtmax;
b3:測量計算獲得索結構穩態溫度數據;首先,確定獲得索結構穩態溫度數
據的時刻,與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項,第一項條
件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分
鐘之間,日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻,能
夠查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻;第二項條件的
a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內,參考平
板最大溫差ΔTpmax和索結構表面最大溫差ΔTsmax都不大于5攝氏度;第二項條
件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內,在
前面測量計算得到的環境最大溫差ΔTemax不大于參考日溫差ΔTr,且參考平板最
大溫差ΔTpmax減去2攝氏度后不大于ΔTemax,且索結構表面最大溫差ΔTsmax不
大于ΔTpmax;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件;
第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻,索結構所在環境的氣溫關于時
間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度;第四項條件是在獲得索結構穩態
溫度數據的時刻,R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的溫度關于時間的
變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度;第五項條件是在獲得索結構穩態溫度
數據的時刻,R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測
數據為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值;第六項條件是在
獲得索結構穩態溫度數據的時刻,“索結構厚度方向最大溫差”ΔTtmax不大于1
攝氏度;本方法利用上述六項條件,將下列三種時刻中的任意一種稱為“獲得索
結構穩態溫度數據的數學時刻”,第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩
態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻,第二種時刻是
僅僅滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第六項
條件的時刻,第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時
刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻;當獲得索結構穩態溫度數據的
數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時刻時,獲得索結構穩態溫度
數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻;如果獲得索結構穩態溫度
數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻,則取本方法最
接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得
索結構穩態溫度數據的時刻;本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測
量記錄的量進行索結構相關健康監測分析;本方法近似認為獲得索結構穩態溫度
數據的時刻的索結構溫度場處于穩態,即此時刻的索結構溫度不隨時間變化,此
時刻就是本方法的“獲得索結構穩態溫度數據的時刻”;然后,根據索結構傳熱
特性,利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“R個索結構表面溫度實測數據”
和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”,利用索結構的傳熱學計算模型,通過
常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布,此時
索結構的溫度場按穩態進行計算,計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻
的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度,R個索結
構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據,還包括索結構在
前面選定的HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度,HBE
個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構
沿厚度溫度計算數據”,當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面
溫度計算數據對應相等時,且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE
個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等時,計算得到的在獲得索結構穩態溫度
數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”,
此時的“R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數
據”,“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫
度實測數據”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時,“R個索結構表面
點”的數量與分布必須滿足三個條件,第一個條件是當索結構溫度場處于穩態時,
當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結構表面上
該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時,線性插值得到的索結構表面上該
任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5%;索結構表
面包括支承索表面;第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點
的數量不小于4,且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表
面均布;“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔
高度之差的絕對值中的最大值Δh不大于0.2℃除以ΔTh得到的數值,為方便敘
述取ΔTh的單位為℃/m,為方便敘述取Δh的單位為m;“R個索結構表面點”
沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時,在“R個索
結構表面點”中不存在一個索結構表面點,該索結構表面點的海拔高度數值介于
兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間;第三個條件是查詢或按氣象學常規
計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律,再根據索結構的幾何特征及
方位數據,在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置,“R個
索結構表面點”中至少有一個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的
那些表面點中的一個點;
c.按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”直接測量計算得到初始狀
態下的索結構穩態溫度數據,初始狀態下的索結構穩態溫度數據稱為初始索結構
穩態溫度數據,記為“初始索結構穩態溫度數據向量To”;實測或查資料得到索
結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數;在實測得到初始索
結構穩態溫度數據向量To的同一時刻,直接測量計算得到所有支承索的初始索
力,組成初始索力向量Fo;依據包括索結構設計數據、竣工數據在內的數據得
到所有支承索在自由狀態即索力為0時的長度、在自由狀態時的橫截面面積和在
自由狀態時的單位長度的重量,以及獲得這三種數據時所有支承索的溫度,在此
基礎上利用所有支承索的隨溫度變化的物理性能參數和力學性能參數,按照常規
物理計算得到所有支承索在初始索結構穩態溫度數據向量To條件下的索力為0
時所有支承索的長度、索力為0時所有支承索的橫截面面積以及索力為0時所有
支承索的單位長度的重量,依次組成支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截
面面積向量和初始自由單位長度的重量向量,支承索的初始自由長度向量、初始
自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量的元素的編號規則與初始
索力向量Fo的元素的編號規則相同;在實測得到To的同時,直接測量計算得到
初始索結構的實測數據,初始索結構的實測數據是包括索結構集中載荷測量數
據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積載荷測量數據、所有被監測量的初始
數值、所有支承索的初始索力數據、初始索結構模態數據、初始索結構應變數據、
初始索結構幾何數據、初始索結構支座廣義坐標數據、初始索結構角度數據、初
始索結構空間坐標數據在內的實測數據,在得到初始索結構的實測數據的同時,
測量計算得到包括支承索的無損檢測數據在內的能夠表達支承索的健康狀態的
數據,此時的能夠表達支承索的健康狀態的數據稱為支承索初始健康狀態數據;
所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量Co,被監測量初始數值向
量Co的編號規則與M個被監測量的編號規則相同;利用支承索初始健康狀態數
據以及索結構載荷測量數據建立被評估對象初始損傷向量do,向量do表示用初
始力學計算基準模型Ao表示的索結構的被評估對象的初始健康狀態;被評估對
象初始損傷向量do的元素個數等于N,do的元素與被評估對象是一一對應關系,
向量do的元素的編號規則與被評估對象的編號規則相同;如果do的某一個元素
對應的被評估對象是索系統中的一根支承索,那么do的該元素的數值代表對應
支承索的初始損傷程度,若該元素的數值為0,表示該元素所對應的支承索是完
好的,沒有損傷的,若其數值為100%,則表示該元素所對應的支承索已經完全
喪失承載能力,若其數值介于0和100%之間,則表示該支承索喪失了相應比例
的承載能力;如果do的某一個元素對應的被評估對象是某一個載荷,本方法中
取do的該元素數值為0,代表這個載荷的變化的初始數值為0;如果沒有支承索
的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時,或者可以認為結構
初始狀態為無損傷無松弛狀態時,向量do中與支承索相關的各元素數值取0;
d.根據索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索初始健
康狀態數據、索結構集中載荷測量數據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積
載荷測量數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數、
初始索結構穩態溫度數據向量To和前面步驟得到的所有的索結構數據,建立計
入“索結構穩態溫度數據”的索結構的初始力學計算基準模型Ao,基于Ao計算
得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據,其間的差異不得大于5%;對
應于Ao的“索結構穩態溫度數據”就是“初始索結構穩態溫度數據向量To”;
對應于Ao的被評估對象健康狀態用被評估對象初始損傷向量do表示;對應于
Ao的所有被監測量的初始數值用被監測量初始數值向量Co表示;第一次建立計
入“索結構穩態溫度數據”的索結構的當前初始力學計算基準模型Ato、被監測
量當前初始數值向量Cto和“當前初始索結構穩態溫度數據向量Tto”;第一次建
立索結構的當前初始力學計算基準模型Ato和被監測量當前初始數值向量Cto時,
索結構的當前初始力學計算基準模型Ato就等于索結構的初始力學計算基準模型
Ao,被監測量當前初始數值向量Cto就等于被監測量初始數值向量Co;Ato對應
的“索結構穩態溫度數據”稱為“當前初始索結構穩態溫度數據”,記為“當前
初始索結構穩態溫度數據向量Tto”,第一次建立索結構的當前初始力學計算基準
模型Ato時,Tto就等于To;Ato的被評估對象的初始健康狀態與Ao的被評估對象
的健康狀態相同,也用被評估對象初始損傷向量do表示,在后面的循環過程中
Ato的被評估對象的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量do表示;To和
do是Ao的參數,由Ao的力學計算結果得到的所有被監測量的初始數值與Co表
示的所有被監測量的初始數值相同,因此也可以說Co由Ao的力學計算結果組成;
Tto和do是Ato的參數,Cto由Ato的力學計算結果組成;
e.從這里進入由第e步到第n步的循環;在結構服役過程中,不斷按照“本
方法的索結構的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得“索結構穩態溫度數據”
的當前數據,“索結構穩態溫度數據”的當前數據稱為“當前索結構穩態溫度數
據”,記為“當前索結構穩態溫度數據向量Tt”,向量Tt的定義方式與向量To的
定義方式相同;在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同一時刻,實測
得到索結構中所有Q根支承索的索力數據,所有這些索力數據組成當前索力向
量F,向量F的元素與向量Fo的元素的編號規則相同;在實測得到當前索結構
穩態溫度數據向量Tt的同一時刻,實測計算得到所有Q根支承索的兩個支承端
點的空間坐標,兩個支承端點的空間坐標在水平方向分量的差就是兩個支承端點
水平距離,所有支承索的兩個支承端點水平距離數據組成當前支承索兩支承端點
水平距離向量,當前支承索兩支承端點水平距離向量的元素的編號規則與初始索
力向量Fo的元素的編號規則相同;
f.根據當前索結構穩態溫度數據向量Tt,按照步驟f1至f3更新當前初始力
學計算基準模型Ato、被監測量當前初始數值向量Cto和當前初始索結構穩態溫度
數據向量Tto;
f1.比較Tt與Tto,如果Tt等于Tto,則Ato、Cto和Tto保持不變;否則需要按
下列步驟對Ato、Cto和Tto進行更新;
f2.計算Tt與To的差,Tt與To的差就是當前索結構穩態溫度數據關于初始
索結構穩態溫度數據的變化,Tt與To的差用穩態溫度變化向量S表示,S等于
Tt減去To,S表示索結構穩態溫度數據的變化;
f3.對Ao中的索結構施加溫度變化,施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度
變化向量S,對Ao中的索結構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算
基準模型Ato,更新Ato的同時,Tto所有元素數值也用Tt的所有元素數值對應代
替,即更新了Tto,這樣就得到了正確地對應于Ato的Tto;更新Cto的方法是:
當更新Ato后,通過力學計算得到Ato中所有被監測量的、當前的具體數值,這
些具體數值組成Cto;Ato的支承索的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷
向量do表示;
g.在當前初始力學計算基準模型Ato的基礎上按照步驟g1至g4進行若干次
力學計算,通過計算獲得索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和被評估對
象單位變化向量Du;
g1.索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC是不斷更新的,即在更新當
前初始力學計算基準模型Ato、被監測量當前初始數值向量Cto和當前初始索結構
穩態溫度數據向量Tto之后,必須接著更新索結構單位損傷被監測量數值變化矩
陣ΔC和被評估對象單位變化向量Du;
g2.在索結構的當前初始力學計算基準模型Ato的基礎上進行若干次力學計
算,計算次數數值上等于所有被評估對象的數量N,有N個評估對象就有N次
計算;依據被評估對象的編號規則,依次進行計算;每一次計算假設只有一個被
評估對象在原有損傷或載荷的基礎上再增加單位損傷或載荷單位變化,具體的,
如果該被評估對象是索系統中的一根支承索,那么就假設該支承索在向量do表
示的該支承索已有損傷的基礎上再增加單位損傷,如果該被評估對象是一個載
荷,就假設該載荷在向量do表示的該載荷已有變化量的基礎上再增加載荷單位
變化,用Duk記錄這一增加的單位損傷或載荷單位變化,其中k表示增加單位損
傷或載荷單位變化的被評估對象的編號,Duk是被評估對象單位變化向量Du的一
個元素,被評估對象單位變化向量Du的元素的編號規則與向量do的元素的編號
規則相同;每一次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評估對象不同于其它
次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評估對象,每一次計算都利用力學方
法計算索結構的所有被監測量的當前計算值,每一次計算得到的所有被監測量的
當前計算值組成一個被監測量計算當前向量,被監測量計算當前向量的元素編號
規則與被監測量初始數值向量Co的元素編號規則相同;
g3.每一次計算得到的被監測量計算當前向量減去被監測量當前初始數值
向量Cto得到一個向量,再將該向量的每一個元素都除以該次計算所假設的單位
損傷或載荷單位變化數值,得到一個被監測量單位變化向量,有N個被評估對
象就有N個被監測量單位變化向量;
g4.由這N個被監測量單位變化向量按照N個被評估對象的編號規則,依次
組成有N列的索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC;索結構單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔC的每一列對應于一個被監測量單位變化向量;索結構單位
損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對
象增加單位損傷或載荷單位變化時的不同的單位變化幅度;索結構單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔC的列的編號規則與向量do的元素的編號規則相同,索結構
單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的行的編號規則與M個被監測量的編號規則
相同;
h.在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同時,實測得到在獲得當
前索結構穩態溫度數據向量Tt的時刻的同一時刻的索結構的所有被監測量的當
前實測數值,組成被監測量當前數值向量C;被監測量當前數值向量C和被監測
量當前初始數值向量Cto與被監測量初始數值向量Co的定義方式相同,三個向量
的相同編號的元素表示同一被監測量在不同時刻的具體數值;
i.定義被評估對象當前名義損傷向量d,被評估對象當前名義損傷向量d的
元素個數等于被評估對象的數量,被評估對象當前名義損傷向量d的元素和被評
估對象之間是一一對應關系,被評估對象當前名義損傷向量d的元素數值代表對
應被評估對象的名義損傷程度或名義載荷變化量;向量d的元素的編號規則與向
量do的元素的編號規則相同;
j.依據被監測量當前數值向量C同被監測量當前初始數值向量Cto、索結構
單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和待求的被評估對象當前名義損傷向量d間
存在的近似線性關系,該近似線性關系可表達為式1,式1中除d外的其它量均
為已知,求解式1就可以算出被評估對象當前名義損傷向量d;
C = C o t + Δ C · d ]]>式1
k.定義被評估對象當前實際損傷向量da,被評估對象當前實際損傷向量da
的元素個數等于被評估對象的數量,被評估對象當前實際損傷向量da的元素和
被評估對象之間是一一對應關系,被評估對象當前實際損傷向量da的元素數值
代表對應被評估對象的實際損傷程度或實際載荷變化量;向量da的元素的編號
規則與向量do的元素的編號規則相同;
l.利用式2表達的被評估對象當前實際損傷向量da的第k個元素dak同被評
估對象初始損傷向量do的第k個元素dok和被評估對象當前名義損傷向量d的第
k個元素dk間的關系,計算得到被評估對象當前實際損傷向量da的所有元素;

式2中k=1,2,3,…….,N,dak表示第k個被評估對象的當前實際健康狀態,dak
為0時表示第k個被評估對象無健康問題,dak數值不為0時表示第k個被評估
對象是有健康問題的被評估對象,如果該被評估對象是索系統中的一根支承索,
那么dak表示其當前健康問題的嚴重程度,有健康問題的支承索可能是松弛索、
也可能是受損索,dak數值反應了該支承索的松弛或損傷的程度;從這些有健康
問題的支承索中鑒別出受損索,剩下的就是松弛索,被評估對象當前實際損傷
向量da中與松弛索對應于的元素數值表達的是與松弛索松弛程度力學等效的當
前實際等效損傷程度;
m.利用在當前索結構穩態溫度數據向量Tt條件下的、在第l步鑒別出的松
弛索及用被評估對象當前實際損傷向量da表達的這些松弛索的、與其松弛程度
力學等效的當前實際等效損傷程度,利用在第e步獲得的在當前索結構穩態溫度
數據向量Tt條件下的當前索力向量F和當前支承索兩支承端點水平距離向量,
利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量To條件下的支承索的初始
自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量、初始
索力向量Fo,利用當前索結構穩態溫度數據向量Tt表示的支承索當前穩態溫度
數據,利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量To表示的支承索初
始穩態溫度數據,利用在第c步獲得的索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的
物理和力學性能參數,計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數的影響,通
過將松弛索同受損索進行力學等效來計算松弛索的、與當前實際等效損傷程度等
效的松弛程度,力學等效條件是:一、兩等效的索的無松弛和無損傷時的初始自
由長度、幾何特性參數、密度及材料的力學特性參數相同;二、松弛或損傷后,
兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同;滿足上述兩個力學等效條
件時,這樣的兩根支承索在索結構中的力學功能就是完全相同的,即如果用等效
的松弛索代替受損索后,索結構不會發生任何變化,反之亦然;依據前述力學等
效條件求得那些被判定為松弛索的松弛程度,松弛程度就是支承索自由長度的改
變量,也就是確定了那些需調整索力的支承索的索長調整量;這樣就實現了支承
索的松弛識別和損傷識別;計算時所需索力由當前索力向量F對應元素給出;
本方法將受損索和松弛索統稱為有健康問題的支承索,簡稱為問題索,所以,本
方法根據被評估對象當前實際損傷向量da能夠識別出問題索,至此本方法實現
了剔除載荷變化和結構溫度變化的影響的、索結構的問題索識別;
n.回到第e步,開始由第e步到第n步的下一次循環。

說明書

精簡混合監測問題索載荷識別方法

技術領域

斜拉橋、懸索橋、桁架結構等結構有一個共同點,就是它們有許多承受拉伸
載荷的部件,如斜拉索、主纜、吊索、拉桿等等,該類結構的共同點是以索、纜
或僅承受拉伸載荷的桿件為支承部件,為方便起見,本方法將該類結構表述為“索
結構”,并將索結構的所有承載索、承載纜,及所有僅承受軸向拉伸或軸向壓縮
載荷的桿件(又稱為二力桿件),為方便起見統一稱為“索系統”,本方法中用“支
承索”這一名詞指稱承載索、承載纜及僅承受軸向拉伸或軸向壓縮載荷的桿件,
有時簡稱為“索”,所以在后面使用“索”這個字的時候,對桁架結構實際就是
指二力桿件。支承索的受損和松弛對索結構安全是一項重大威脅,本方法將受損
索和松弛索統稱為有健康問題的支承索,簡稱為問題索。在結構服役過程中,對
支承索或索系統的健康狀態的正確識別關系到整個索結構的安全。在環境溫度發
生變化時,索結構的溫度一般也會隨著發生變化,在索結構溫度發生變化時,索
結構承受的載荷也可能發生變化,實際上即使索結構的溫度不發生變化,索結構
承受的載荷也可能單獨發生變化,同時索結構的健康狀態也可能在發生變化,在
這種復雜條件下,本方法基于混合監測(本方法通過對本節前述不同類型的索結
構的可測量參數的變化的混合監測來判斷索結構的健康狀態,本方法將所有被監
測的索結構特征參量統稱為“被監測量”,由于此時被監測量是由索結構的不同
類型的可測量參數混合組成,本方法稱此為混合監測)來識別問題索(本方法稱
之為核心被評估對象的健康狀態),屬工程結構健康監測領域。

背景技術

剔除載荷變化和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響,從而準
確地識別結構的健康狀態的變化,是目前迫切需要解決的問題,對結構安全具有
重要意義,本方法公開了解決這個問題的一種有效的、廉價的方法。

發明內容

技術問題:本方法公開了一種方法,在造價更低的條件下,能夠剔除載荷
變化和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響,準確地識別出問題索。

在索結構服役過程中,支承索自由狀態(此時索張力也稱索力為0)下的
索長度(稱為自由長度,本方法專指支承索兩支承端點間的那段索的自由長度)
會發生變化,本方法的目的之一就是要識別出自由長度發生了變化的支承索,并
識別出它們的自由長度的改變量,此改變量為該索的索力調整提供了直接依據,
為了方便,本方法將自由長度發生變化的支承索統稱為松弛索。

技術方案:物體、結構承受的外力可稱為載荷,載荷包括面載荷和體積載
荷。面載荷又稱表面載荷,是作用于物體表面的載荷,包括集中載荷和分布載荷
兩種。體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,如物體的自重和慣性力。

集中載荷分為集中力和集中力偶兩種,在坐標系中,例如在笛卡爾直角坐標
系中,一個集中力可以分解成三個分量,同樣的,一個集中力偶也可以分解成三
個分量,如果載荷實際上是集中載荷,在本方法中將一個集中力分量或一個集中
力偶分量稱為一個載荷,此時載荷的變化具體化為一個集中力分量或一個集中力
偶分量的變化。

分布載荷分為線分布載荷和面分布載荷,分布載荷的描述至少包括分布載荷
的作用區域和分布載荷的大小,分布載荷的大小用分布集度來表達,分布集度用
分布特征(例如均布、正弦函數等分布特征)和幅值來表達(例如兩個分布載荷
都是均布,但其幅值不同,可以均布壓力為例來說明幅值的概念:同一個結構承
受兩個不同的均布壓力,兩個分布載荷都是均布載荷,但一個分布載荷的幅值是
10MPa,另一個分布載荷的幅值是50MPa)。如果載荷實際上是分布載荷,本方
法談論載荷的變化時,實際上是指分布載荷分布集度的幅值的改變,而分布載荷
的作用區域和分布集度的分布特征是不變的。在坐標系中,一個分布載荷可以分
解成若干個分量,如果這分布載荷的若干個分量的各自的分布集度的幅值發生變
化,且變化的比率不全部相同,那么在本方法中把這若干個分布載荷的分量看成
同樣數量的獨立的分布載荷,此時一個載荷就代表一個分布載荷的分量,也可以
將其中分布集度的幅值變化比率相同的分量合成為一個分布載荷或稱為一個載
荷。

體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,如物體的自重和慣性力,體積
載荷的描述至少包括體積載荷的作用區域和體積載荷的大小,體積載荷的大小用
分布集度來表達,分布集度用分布特征(例如均布、線性函數等分布特征)和幅
值來表達(例如兩個體積載荷都是均布,但其幅值不同,可以自重為例來說明幅
值的概念:同一個結構的兩個部分的材料不同,故密度不同,所以雖然這兩個部
分所受的體積載荷都是均布的,但一個部分所受的體積載荷的幅值可能是
10kN/m3,另一個部分所受的體積載荷的幅值是50kN/m3)。如果載荷實際上是
體積載荷,在本方法中實際處理的是體積載荷分布集度的幅值的改變,而體積載
荷的作用區域和分布集度的分布特征是不變的,此時在本方法中提到載荷的改變
時實際上是指體積載荷的分布集度的幅值的改變,此時,發生變化的載荷是指那
些分布集度的幅值發生變化的體積載荷。在坐標系中,一個體積載荷可以分解成
若干個分量(例如在笛卡爾直角坐標系中,體積載荷可以分解成關于坐標系的三
個軸的分量,也就是說,在笛卡爾直角坐標系中體積載荷可以分解成三個分量),
如果這體積載荷的若干個分量的各自的分布集度的幅值發生變化,且變化的比率
不全部相同,那么在本方法中把這若干個體積載荷的分量看成同樣數量的獨立的
載荷,也可以將其中分布集度的幅值變化比率相同的體積載荷分量合成為一個體
積載荷或稱為一個載荷。

當載荷具體化為集中載荷時,在本方法中,“載荷單位變化”實際上是指“集
中載荷的單位變化”,類似的,“載荷變化”具體指“集中載荷的大小的變化”,
“載荷變化量”具體指“集中載荷的大小的變化量”,“載荷變化程度”具體指
“集中載荷的大小的變化程度”,“載荷的實際變化量”是指“集中載荷的大小
的實際變化量”,“發生變化的載荷”是指“大小發生變化的集中載荷”,簡單地
說,此時“某某載荷的某某變化”是指“某某集中載荷的大小的某某變化”。

當載荷具體化為分布載荷時,在本方法中,“載荷單位變化”實際上是指“分
布載荷的分布集度的幅值的單位變化”,而分布載荷的分布特征是不變的,類似
的,“載荷變化”具體指“分布載荷的分布集度的幅值的變化”,而分布載荷的分
布特征是不變的,“載荷變化量”具體指“分布載荷的分布集度的幅值的變化量”,
“載荷變化程度”具體指“分布載荷的分布集度的幅值的變化程度”,“載荷的實
際變化量”具體指“分布載荷的分布集度的幅值的實際變化量”,“發生變化的載
荷”是指“分布集度的幅值發生變化的分布載荷”,簡單地說,此時“某某載荷
的某某變化”是指“某某分布載荷的分布集度的幅值的某某變化”,而所有分布
載荷的作用區域和分布集度的分布特征是不變的。

當載荷具體化為體積載荷時,在本方法中,“載荷單位變化”實際上是指“體
積載荷的分布集度的幅值的單位變化”,類似的,“載荷變化”是指“體積載荷的
分布集度的幅值的變化”,“載荷變化量”是指“體積載荷的分布集度的幅值的變
化量”,“載荷變化程度”是指“體積載荷的分布集度的幅值的變化程度”,“載荷
的實際變化量”是指“體積載荷的分布集度的幅值的實際變化量”,“發生變化
的載荷”是指“分布集度的幅值發生變化的體積載荷”,簡單地說,“某某載荷的
某某變化”是指“某某體積載荷的分布集度的幅值的某某變化”,而所有體積載
荷的作用區域和分布集度的分布特征是不變的。

本方法具體包括:

a.當索結構承受的載荷雖有變化,但索結構正在承受的載荷沒有超出索結
構初始許用載荷時,本方法適用;索結構初始許用載荷指索結構在竣工時的許用
載荷,能夠通過常規力學計算獲得;本方法統一稱被評估的支承索和載荷為“被
評估對象”,設被評估的支承索的數量和載荷的數量之和為N,即“被評估對象”
的數量為N;本方法用名稱“核心被評估對象”專指“被評估對象”中的被評估
的支承索,本方法用名稱“次要被評估對象”專指“被評估對象”中的被評估的
載荷;確定被評估對象的編號規則,按此規則將索結構中所有的被評估對象編號,
該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣;本方法用變量k表示這一編號,
k=1,2,3,…,N;確定混合監測時指定的將被監測索力的支承索,設索系統中共有
Q根支承索,顯然核心被評估對象的數量就是Q;索結構的被監測的索力數據由
索結構上M1個指定支承索的M1個索力數據來描述,索結構索力的變化就是所
有指定支承索的索力的變化;每次共有M1個索力測量值或計算值來表征索結構
的索力信息;M1是一個不小于0不大于Q的整數;確定混合監測時指定的將被
監測應變的被測量點,索結構的被監測的應變數據可由索結構上K2個指定點的、
及每個指定點的L2個指定方向的應變來描述,索結構應變數據的變化就是K2個
指定點的所有被測應變的變化;每次共有M2個應變測量值或計算值來表征索結
構應變,M2為K2和L2之積;M2是不小于0的整數;確定混合監測時指定的將
被監測角度的被測量點,索結構的被監測的角度數據由索結構上K3個指定點的、
過每個指定點的L3個指定直線的、每個指定直線的H3個角度坐標分量來描述,
索結構角度的變化就是所有指定點的、所有指定直線的、所有指定的角度坐標分
量的變化;每次共有M3個角度坐標分量測量值或計算值來表征索結構的角度信
息,M3為K3、L3和H3之積;M3是一個不小于0的整數;確定混合監測時指定
的將被監測的形狀數據,索結構的被監測的形狀數據由索結構上K4個指定點的、
及每個指定點的L4個指定方向的空間坐標來描述,索結構形狀數據的變化就是
K4個指定點的所有坐標分量的變化;每次共有M4個坐標測量值或計算值來表征
索結構形狀,M4為K4和L4之積;M4是一個不小于0的整數;綜合上述混合監
測的被監測量,整個索結構共有M個被監測量,M為M1、M2、M3和M4之和,
定義參量K,K為M1、K2、K3和K4之和,K和M必須不小于核心被評估對象
的數量Q+4,K和M小于被評估對象的數量N;為方便起見,在本方法中將本
步所列出的M個被監測量簡稱為“被監測量”;本方法中對同一個量實時監測的
任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘,測量記錄數據的時刻稱為實際
記錄數據時刻;物體、結構承受的外力可稱為載荷,載荷包括面載荷和體積載荷;
面載荷又稱表面載荷,是作用于物體表面的載荷,包括集中載荷和分布載荷兩種;
體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,包括物體的自重和慣性力在內;集
中載荷分為集中力和集中力偶兩種,在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系中,
一個集中力可以分解成三個分量,同樣的,一個集中力偶也可以分解成三個分量,
如果載荷實際上是集中載荷,在本方法中將一個集中力分量或一個集中力偶分量
計為或統計為一個載荷,此時載荷的變化具體化為一個集中力分量或一個集中力
偶分量的變化;分布載荷分為線分布載荷和面分布載荷,分布載荷的描述至少包
括分布載荷的作用區域和分布載荷的大小,分布載荷的大小用分布集度來表達,
分布集度用分布特征和幅值來表達;如果載荷實際上是分布載荷,本方法談論載
荷的變化時,實際上是指分布載荷分布集度的幅值的改變,而所有分布載荷的作
用區域和分布集度的分布特征是不變的;在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系
中,一個分布載荷可以分解成三個分量,如果這分布載荷的三個分量的各自的分
布集度的幅值發生變化,且變化的比率不全部相同,那么在本方法中把這分布載
荷的三個分量計為或統計為三個分布載荷,此時一個載荷就代表分布載荷的一個
分量;體積載荷是連續分布于物體內部各點的載荷,體積載荷的描述至少包括體
積載荷的作用區域和體積載荷的大小,體積載荷的大小用分布集度來表達,分布
集度用分布特征和幅值來表達;如果載荷實際上是體積載荷,在本方法中實際處
理的是體積載荷分布集度的幅值的改變,而所有體積載荷的作用區域和分布集度
的分布特征是不變的,此時在本方法中提到載荷的改變時實際上是指體積載荷的
分布集度的幅值的改變,此時,發生變化的載荷是指那些分布集度的幅值發生變
化的體積載荷;在包括笛卡爾直角坐標系在內的坐標系中,一個體積載荷可以分
解成三個分量,如果這體積載荷的三個分量的各自的分布集度的幅值發生變化,
且變化的比率不全部相同,那么在本方法中把這體積載荷的三個分量計為或統計
為三個分布載荷;

b.本方法定義“本方法的索結構的溫度測量計算方法”按步驟b1至b3進
行;

b1:查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱
學參數,利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據,利用這些數據
和參數建立索結構的傳熱學計算模型;查詢索結構所在地不少于2年的近年來的
氣象資料,統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天,在本方法中將白天
不能見到太陽的一整日稱為陰天,統計得到T個陰天中每一個陰天的0時至次
日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫,日出時刻是指根據地球自轉
和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻,不表示當天一定可以看見太陽,能夠查
詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時刻,每一個陰天的0
時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫
的最大溫差,有T個陰天,就有T個陰天的日氣溫的最大溫差,取T個陰天的
日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差,參考日溫差記為ΔTr;查詢索結構
所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處
環境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律,計算得到索結構所在地和
所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環境的溫度關于海拔高度的最
大變化率ΔTh,為方便敘述取ΔTh的單位為℃/m;在索結構的表面上取“R個索
結構表面點”,取“R個索結構表面點”的具體原則在步驟b3中敘述,后面將通
過實測得到這R個索結構表面點的溫度,稱實測得到的溫度數據為“R個索結構
表面溫度實測數據”,如果是利用索結構的傳熱學計算模型,通過傳熱計算得到
這R個索結構表面點的溫度,就稱計算得到的溫度數據為“R個索結構表面溫度
計算數據”;從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間,在索結構上均布選取不
少于三個不同的海拔高度,在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面
的交線處至少選取兩個點,從選取點處引索結構表面的外法線,所有選取的外法
線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”,測量索結構沿壁厚的溫度
分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交,在選取的測量索結構沿壁厚
的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外
法線方向,沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不
少于三個點,對于支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一
個點,僅僅測量支承索的表面點的溫度,測量所有被選取點的溫度,測得的溫度
稱為“索結構沿厚度的溫度分布數據”,其中沿與同一“水平面與索結構表面的
交線”相交的、“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結構沿
厚度的溫度分布數據”,在本方法中稱為“相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分
布數據”,設選取了H個不同的海拔高度,在每一個海拔高度處,選取了B個測
量索結構沿壁厚的溫度分布的方向,沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向
在索結構中選取了E個點,其中H和E都不小于3,B不小于2,對于支承索E
等于1,計索結構上“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的總數為HBE
個,后面將通過實測得到這HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”
的溫度,稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”,如果
是利用索結構的傳熱學計算模型,通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚
度的溫度分布數據的點的溫度,就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿
厚度溫度計算數據”;在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置,
將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫;在索結
構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置,該位置應當在全年的每一日都能得到該
地所能得到的該日的最充分的日照,在該位置安放一塊碳鋼材質的平板,稱為參
考平板,參考平板與地面不可接觸,參考平板離地面距離不小于1.5米,該參考
平板的一面向陽,稱為向陽面,參考平板的向陽面是粗糙的和深色的,參考平板
的向陽面應當在全年的每一日都能得到一塊平板在該地所能得到的該日的最充
分的日照,參考平板的非向陽面覆有保溫材料,將實時監測得到參考平板的向陽
面的溫度;

b2:實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據,
同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據,同時實時監測得到
符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據;通過實時監測得到當日
日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序
列,索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30
分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列,找到索結構
所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用索結構所在環境的氣
溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時
刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,稱為環境最大溫差,記為ΔTemax;
由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境
的氣溫關于時間的變化率,該變化率也隨著時間變化;通過實時監測得到當日日
出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序
列,參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻后
30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先后順序排列,找
到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用參考平
板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的
向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,稱為
參考平板最大溫差,記為ΔTpmax;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時
刻后30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列,有
R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列,每一個索結構表面溫
度實測數據序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘
之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先后順序排列,找到每一個索結構表面
溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度,用每一個索結構表面溫度實測數據
序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結構表面點的溫度的當日日出時
刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差,有R個索結構表面點就有R個當
日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數值,其中的最大值稱為
索結構表面最大溫差,記為ΔTsmax;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常
規數學計算得到每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率,每一個索結構表
面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化;通過實時監測得到當日日出時刻
到次日日出時刻后30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結構沿厚度的溫度
分布數據”后,計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結
構沿厚度的溫度分布數據”中的最高溫度與最低溫度的差值,這個差值的絕對值
稱為“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”,選取了H個不同的海拔高度
就有H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”,稱這H個“相同海拔高
度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”,記
為ΔTtmax;

b3:測量計算獲得索結構穩態溫度數據;首先,確定獲得索結構穩態溫度數
據的時刻,與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項,第一項條
件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分
鐘之間,日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻,能
夠查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻;第二項條件的
a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內,參考平
板最大溫差ΔTpmax和索結構表面最大溫差ΔTsmax都不大于5攝氏度;第二項條
件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內,在
前面測量計算得到的環境最大溫差ΔTemax不大于參考日溫差ΔTr,且參考平板最
大溫差ΔTpmax減去2攝氏度后不大于ΔTemax,且索結構表面最大溫差ΔTsmax不
大于ΔTpmax;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件;
第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻,索結構所在環境的氣溫關于時
間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度;第四項條件是在獲得索結構穩態
溫度數據的時刻,R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的溫度關于時間的
變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度;第五項條件是在獲得索結構穩態溫度
數據的時刻,R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測
數據為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值;第六項條件是在
獲得索結構穩態溫度數據的時刻,“索結構厚度方向最大溫差”ΔTtmax不大于1
攝氏度;本方法利用上述六項條件,將下列三種時刻中的任意一種稱為“獲得索
結構穩態溫度數據的數學時刻”,第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩
態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻,第二種時刻是
僅僅滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”中的第六項
條件的時刻,第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時
刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻;當獲得索結構穩態溫度數據的
數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時刻時,獲得索結構穩態溫度
數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻;如果獲得索結構穩態溫度
數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻,則取本方法最
接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得
索結構穩態溫度數據的時刻;本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測
量記錄的量進行索結構相關健康監測分析;本方法近似認為獲得索結構穩態溫度
數據的時刻的索結構溫度場處于穩態,即此時刻的索結構溫度不隨時間變化,此
時刻就是本方法的“獲得索結構穩態溫度數據的時刻”;然后,根據索結構傳熱
特性,利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“R個索結構表面溫度實測數據”
和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”,利用索結構的傳熱學計算模型,通過
常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布,此時
索結構的溫度場按穩態進行計算,計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻
的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度,R個索結
構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據,還包括索結構在
前面選定的HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度,HBE
個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構
沿厚度溫度計算數據”,當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面
溫度計算數據對應相等時,且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE
個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等時,計算得到的在獲得索結構穩態溫度
數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”,
此時的“R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數
據”,“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫
度實測數據”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時,“R個索結構表面
點”的數量與分布必須滿足三個條件,第一個條件是當索結構溫度場處于穩態時,
當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結構表面上
該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時,線性插值得到的索結構表面上該
任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5%;索結構表
面包括支承索表面;第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點
的數量不小于4,且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表
面均布;“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔
高度之差的絕對值中的最大值Δh不大于0.2℃除以ΔTh得到的數值,為方便敘
述取ΔTh的單位為℃/m,為方便敘述取Δh的單位為m;“R個索結構表面點”
沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時,在“R個索
結構表面點”中不存在一個索結構表面點,該索結構表面點的海拔高度數值介于
兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間;第三個條件是查詢或按氣象學常規
計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律,再根據索結構的幾何特征及
方位數據,在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置,“R個
索結構表面點”中至少有一個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的
那些表面點中的一個點;

c.按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”直接測量計算得到初始狀
態下的索結構穩態溫度數據,初始狀態下的索結構穩態溫度數據稱為初始索結構
穩態溫度數據,記為“初始索結構穩態溫度數據向量To”;實測或查資料得到索
結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數;在實測得到初始索
結構穩態溫度數據向量To的同一時刻,直接測量計算得到所有支承索的初始索
力,組成初始索力向量Fo;依據包括索結構設計數據、竣工數據在內的數據得
到所有支承索在自由狀態即索力為0時的長度、在自由狀態時的橫截面面積和在
自由狀態時的單位長度的重量,以及獲得這三種數據時所有支承索的溫度,在此
基礎上利用所有支承索的隨溫度變化的物理性能參數和力學性能參數,按照常規
物理計算得到所有支承索在初始索結構穩態溫度數據向量To條件下的索力為0
時所有支承索的長度、索力為0時所有支承索的橫截面面積以及索力為0時所有
支承索的單位長度的重量,依次組成支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截
面面積向量和初始自由單位長度的重量向量,支承索的初始自由長度向量、初始
自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量的元素的編號規則與初始
索力向量Fo的元素的編號規則相同;在實測得到To的同時,直接測量計算得到
初始索結構的實測數據,初始索結構的實測數據是包括索結構集中載荷測量數
據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積載荷測量數據、所有被監測量的初始
數值、所有支承索的初始索力數據、初始索結構模態數據、初始索結構應變數據、
初始索結構幾何數據、初始索結構支座廣義坐標數據、初始索結構角度數據、初
始索結構空間坐標數據在內的實測數據,在得到初始索結構的實測數據的同時,
測量計算得到包括支承索的無損檢測數據在內的能夠表達支承索的健康狀態的
數據,此時的能夠表達支承索的健康狀態的數據稱為支承索初始健康狀態數據;
所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量Co,被監測量初始數值向
量Co的編號規則與M個被監測量的編號規則相同;利用支承索初始健康狀態數
據以及索結構載荷測量數據建立被評估對象初始損傷向量do,向量do表示用初
始力學計算基準模型Ao表示的索結構的被評估對象的初始健康狀態;被評估對
象初始損傷向量do的元素個數等于N,do的元素與被評估對象是一一對應關系,
向量do的元素的編號規則與被評估對象的編號規則相同;如果do的某一個元素
對應的被評估對象是索系統中的一根支承索,那么do的該元素的數值代表對應
支承索的初始損傷程度,若該元素的數值為0,表示該元素所對應的支承索是完
好的,沒有損傷的,若其數值為100%,則表示該元素所對應的支承索已經完全
喪失承載能力,若其數值介于0和100%之間,則表示該支承索喪失了相應比例
的承載能力;如果do的某一個元素對應的被評估對象是某一個載荷,本方法中
取do的該元素數值為0,代表這個載荷的變化的初始數值為0;如果沒有支承索
的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時,或者可以認為結構
初始狀態為無損傷無松弛狀態時,向量do中與支承索相關的各元素數值取0;

d.根據索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索初始健
康狀態數據、索結構集中載荷測量數據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積
載荷測量數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數、
初始索結構穩態溫度數據向量To和前面步驟得到的所有的索結構數據,建立計
入“索結構穩態溫度數據”的索結構的初始力學計算基準模型Ao,基于Ao計算
得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據,其間的差異不得大于5%;對
應于Ao的“索結構穩態溫度數據”就是“初始索結構穩態溫度數據向量To”;
對應于Ao的被評估對象健康狀態用被評估對象初始損傷向量do表示;對應于
Ao的所有被監測量的初始數值用被監測量初始數值向量Co表示;第一次建立計
入“索結構穩態溫度數據”的索結構的當前初始力學計算基準模型Ato、被監測
量當前初始數值向量Cto和“當前初始索結構穩態溫度數據向量Tto”;第一次建
立索結構的當前初始力學計算基準模型Ato和被監測量當前初始數值向量Cto時,
索結構的當前初始力學計算基準模型Ato就等于索結構的初始力學計算基準模型
Ao,被監測量當前初始數值向量Cto就等于被監測量初始數值向量Co;Ato對應
的“索結構穩態溫度數據”稱為“當前初始索結構穩態溫度數據”,記為“當前
初始索結構穩態溫度數據向量Tto”,第一次建立索結構的當前初始力學計算基準
模型Ato時,Tto就等于To;Ato的被評估對象的初始健康狀態與Ao的被評估對象
的健康狀態相同,也用被評估對象初始損傷向量do表示,在后面的循環過程中
Ato的被評估對象的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量do表示;To和
do是Ao的參數,由Ao的力學計算結果得到的所有被監測量的初始數值與Co表
示的所有被監測量的初始數值相同,因此也可以說Co由Ao的力學計算結果組成;
Tto和do是Ato的參數,Cto由Ato的力學計算結果組成;

e.從這里進入由第e步到第n步的循環;在結構服役過程中,不斷按照“本
方法的索結構的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得“索結構穩態溫度數據”
的當前數據,“索結構穩態溫度數據”的當前數據稱為“當前索結構穩態溫度數
據”,記為“當前索結構穩態溫度數據向量Tt”,向量Tt的定義方式與向量To的
定義方式相同;在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同一時刻,實測
得到索結構中所有Q根支承索的索力數據,所有這些索力數據組成當前索力向
量F,向量F的元素與向量Fo的元素的編號規則相同;在實測得到當前索結構
穩態溫度數據向量Tt的同一時刻,實測計算得到所有Q根支承索的兩個支承端
點的空間坐標,兩個支承端點的空間坐標在水平方向分量的差就是兩個支承端點
水平距離,所有支承索的兩個支承端點水平距離數據組成當前支承索兩支承端點
水平距離向量,當前支承索兩支承端點水平距離向量的元素的編號規則與初始索
力向量Fo的元素的編號規則相同;

f.根據當前索結構穩態溫度數據向量Tt,按照步驟f1至f3更新當前初始力
學計算基準模型Ato、被監測量當前初始數值向量Cto和當前初始索結構穩態溫度
數據向量Tto;

f1.比較Tt與Tto,如果Tt等于Tto,則Ato、Cto和Tto保持不變;否則需要按
下列步驟對Ato、Cto和Tto進行更新;

f2.計算Tt與To的差,Tt與To的差就是當前索結構穩態溫度數據關于初始
索結構穩態溫度數據的變化,Tt與To的差用穩態溫度變化向量S表示,S等于
Tt減去To,S表示索結構穩態溫度數據的變化;

f3.對Ao中的索結構施加溫度變化,施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度
變化向量S,對Ao中的索結構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算
基準模型Ato,更新Ato的同時,Tto所有元素數值也用Tt的所有元素數值對應代
替,即更新了Tto,這樣就得到了正確地對應于Ato的Tto;更新Cto的方法是:
當更新Ato后,通過力學計算得到Ato中所有被監測量的、當前的具體數值,這
些具體數值組成Cto;Ato的支承索的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷
向量do表示;

g.在當前初始力學計算基準模型Ato的基礎上按照步驟g1至g4進行若干次
力學計算,通過計算獲得索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和被評估對
象單位變化向量Du;

g1.索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC是不斷更新的,即在更新當
前初始力學計算基準模型Ato、被監測量當前初始數值向量Cto和當前初始索結構
穩態溫度數據向量Tto之后,必須接著更新索結構單位損傷被監測量數值變化矩
陣ΔC和被評估對象單位變化向量Du;

g2.在索結構的當前初始力學計算基準模型Ato的基礎上進行若干次力學計
算,計算次數數值上等于所有被評估對象的數量N,有N個評估對象就有N次
計算;依據被評估對象的編號規則,依次進行計算;每一次計算假設只有一個被
評估對象在原有損傷或載荷的基礎上再增加單位損傷或載荷單位變化,具體的,
如果該被評估對象是索系統中的一根支承索,那么就假設該支承索在向量do表
示的該支承索已有損傷的基礎上再增加單位損傷,如果該被評估對象是一個載
荷,就假設該載荷在向量do表示的該載荷已有變化量的基礎上再增加載荷單位
變化,用Duk記錄這一增加的單位損傷或載荷單位變化,其中k表示增加單位損
傷或載荷單位變化的被評估對象的編號,Duk是被評估對象單位變化向量Du的一
個元素,被評估對象單位變化向量Du的元素的編號規則與向量do的元素的編號
規則相同;每一次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評估對象不同于其它
次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評估對象,每一次計算都利用力學方
法計算索結構的所有被監測量的當前計算值,每一次計算得到的所有被監測量的
當前計算值組成一個被監測量計算當前向量,被監測量計算當前向量的元素編號
規則與被監測量初始數值向量Co的元素編號規則相同;

g3.每一次計算得到的被監測量計算當前向量減去被監測量當前初始數值
向量Cto得到一個向量,再將該向量的每一個元素都除以該次計算所假設的單位
損傷或載荷單位變化數值,得到一個被監測量單位變化向量,有N個被評估對
象就有N個被監測量單位變化向量;

g4.由這N個被監測量單位變化向量按照N個被評估對象的編號規則,依次
組成有N列的索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC;索結構單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔC的每一列對應于一個被監測量單位變化向量;索結構單位
損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對
象增加單位損傷或載荷單位變化時的不同的單位變化幅度;索結構單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔC的列的編號規則與向量do的元素的編號規則相同,索結構
單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的行的編號規則與M個被監測量的編號規則
相同;

h.在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同時,實測得到在獲得當
前索結構穩態溫度數據向量Tt的時刻的同一時刻的索結構的所有被監測量的當
前實測數值,組成被監測量當前數值向量C;被監測量當前數值向量C和被監測
量當前初始數值向量Cto與被監測量初始數值向量Co的定義方式相同,三個向量
的相同編號的元素表示同一被監測量在不同時刻的具體數值;

i.定義被評估對象當前名義損傷向量d,被評估對象當前名義損傷向量d的
元素個數等于被評估對象的數量,被評估對象當前名義損傷向量d的元素和被評
估對象之間是一一對應關系,被評估對象當前名義損傷向量d的元素數值代表對
應被評估對象的名義損傷程度或名義載荷變化量;向量d的元素的編號規則與向
量do的元素的編號規則相同;

j.依據被監測量當前數值向量C同被監測量當前初始數值向量Cto、索結構
單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和待求的被評估對象當前名義損傷向量d間
存在的近似線性關系,該近似線性關系可表達為式1,式1中除d外的其它量均
為已知,求解式1就可以算出被評估對象當前名義損傷向量d;

C = C o t + Δ C · d ]]>式1

k.定義被評估對象當前實際損傷向量da,被評估對象當前實際損傷向量da
的元素個數等于被評估對象的數量,被評估對象當前實際損傷向量da的元素和
被評估對象之間是一一對應關系,被評估對象當前實際損傷向量da的元素數值
代表對應被評估對象的實際損傷程度或實際載荷變化量;向量da的元素的編號
規則與向量do的元素的編號規則相同;

l.利用式2表達的被評估對象當前實際損傷向量da的第k個元素dak同被評
估對象初始損傷向量do的第k個元素dok和被評估對象當前名義損傷向量d的第
k個元素dk間的關系,計算得到被評估對象當前實際損傷向量da的所有元素;


式2中k=1,2,3,.......,N,dak表示第k個被評估對象的當前實際健康狀態,dak
為0時表示第k個被評估對象無健康問題,dak數值不為0時表示第k個被評估
對象是有健康問題的被評估對象,如果該被評估對象是索系統中的一根支承索,
那么dak表示其當前健康問題的嚴重程度,有健康問題的支承索可能是松弛索、
也可能是受損索,dak數值反應了該支承索的松弛或損傷的程度;從這些有健康
問題的支承索中鑒別出受損索,剩下的就是松弛索,被評估對象當前實際損傷
向量da中與松弛索對應于的元素數值表達的是與松弛索松弛程度力學等效的當
前實際等效損傷程度;

m.利用在當前索結構穩態溫度數據向量Tt條件下的、在第l步鑒別出的松
弛索及用被評估對象當前實際損傷向量da表達的這些松弛索的、與其松弛程度
力學等效的當前實際等效損傷程度,利用在第e步獲得的在當前索結構穩態溫度
數據向量Tt條件下的當前索力向量F和當前支承索兩支承端點水平距離向量,
利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量To條件下的支承索的初始
自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量、初始
索力向量Fo,利用當前索結構穩態溫度數據向量Tt表示的支承索當前穩態溫度
數據,利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量To表示的支承索初
始穩態溫度數據,利用在第c步獲得的索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的
物理和力學性能參數,計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數的影響,通
過將松弛索同受損索進行力學等效來計算松弛索的、與當前實際等效損傷程度等
效的松弛程度,力學等效條件是:一、兩等效的索的無松弛和無損傷時的初始自
由長度、幾何特性參數、密度及材料的力學特性參數相同;二、松弛或損傷后,
兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同;滿足上述兩個力學等效條
件時,這樣的兩根支承索在索結構中的力學功能就是完全相同的,即如果用等效
的松弛索代替受損索后,索結構不會發生任何變化,反之亦然;依據前述力學等
效條件求得那些被判定為松弛索的松弛程度,松弛程度就是支承索自由長度的改
變量,也就是確定了那些需調整索力的支承索的索長調整量;這樣就實現了支承
索的松弛識別和損傷識別;計算時所需索力由當前索力向量F對應元素給出;
本方法將受損索和松弛索統稱為有健康問題的支承索,簡稱為問題索,所以,本
方法根據被評估對象當前實際損傷向量da能夠識別出問題索,至此本方法實現
了剔除載荷變化和結構溫度變化的影響的、索結構的問題索識別;

n.回到第e步,開始由第e步到第n步的下一次循環。

有益效果:結構健康監測系統首先通過使用傳感器對結構響應進行長期在線監
測,獲得監測數據后對其進行在線(或離線)分析得到結構健康狀態數據,由于
結構的復雜性,結構健康監測系統需要使用大量的傳感器等設備進行結構健康監
測,因此其造價通常相當高,因此造價問題是制約結構健康監測技術應用的一個
主要問題。另一方面,核心被評估對象(例如斜拉索)的健康狀態的正確識別是
結構健康狀態的正確識別的不可或缺的組成部分,甚至是其全部,而次要被評估
對象(例如結構承受的載荷)的變化(例如通過斜拉橋的汽車的數量和質量的變
化)的正確識別對索結構的健康狀態的正確識別的影響是微乎其微的,甚至是不
需要的。但是次要被評估對象的數量與核心被評估對象的數量通常是相當的,次
要被評估對象的數量還常常大于核心被評估對象的數量,這樣被評估對象的數量
常常是核心被評估對象的數量的多倍。在次要被評估對象(載荷)發生變化時,
為了準確識別核心被評估對象,常規方法要求被監測量(使用傳感器等設備測量
獲得)的數量必須大于等于被評估對象的數量,當發生變化的次要被評估對象的
數量比較大時(實際上經常如此),結構健康監測系統所需要的傳感器等設備的
數量是非常龐大的,因此結構健康監測系統的造價就會變得非常高,甚至高得不
可接受。發明人研究發現,在次要被評估對象(例如結構承受的正常載荷,結構
的正常載荷是指結構正在承受的載荷不超過按照結構設計書或結構竣工書所限
定的結構許用載荷)變化較小時(對于載荷而言就是結構僅僅承受正常載荷,結
構承受的載荷是否是正常載荷,能夠通過肉眼等方法觀察確定,如果發現結構承
受的載荷不是正常載荷,那么人為去除、移除非正常載荷后,結構就只承受正常
載荷了),它們所引起的結構響應的變化幅度(本說明書稱其為“次要響應”)遠
小于核心被評估對象的變化(例如支承索受損)所引起的結構響應的變化幅度(本
說明書稱其為“核心響應”),次要響應與核心響應之和是結構響應的總變化(本
說明書稱其為“總體響應”),顯然核心響應在總體響應中占據主導地位,基于此,
發明人研究發現在確定被監測量數量時即使選取稍大于核心被評估對象數量、但
遠小于被評估對象數量的數值(本方法就是這樣做的),也就是說即使采用數量
相對少很多的傳感器等設備,仍然可以準確獲得核心被評估對象的健康狀態數
據,滿足結構健康狀態監測的核心需求,因此本方法所建議的結構健康監測系統
的造價顯而易見地比常規方法所要求的結構健康監測系統的造價低很多,也就是
說本方法能夠以造價低得多的條件實現對索結構的核心被評估對象的健康狀態
的評估,這種益處是對結構健康監測技術能否被采用是舉足輕重的。

具體實施方式

本方法的實施例的下面說明實質上僅僅是示例性的,并且目的絕不在于限制
本方法的應用或使用。具體實施時,下列步驟是可采取的各種步驟中的一種。

第一步:首先確認索結構承受的可能發生變化的載荷的數量。根據索結構所
承受的載荷的特點,確認其中“所有可能發生變化的載荷”,或者將所有的載荷
視為“所有可能發生變化的載荷”,設共有JZW個可能發生變化的載荷,即共有
JZW個次要被評估對象。

設索結構的支承索的數量和JZW個“所有可能發生變化的載荷”的數量之
和為N。為敘述方便起見,本方法統一稱被評估的支承索和“所有可能發生變化
的載荷”為“被評估對象”,共有N個被評估對象。給被評估對象連續編號,該
編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。

被監測的多類參量可以包括:索力、應變、角度和空間坐標,分別敘述如下:

設索系統中共有Q根支承索,即共有Q個核心被評估對象,索結構的被監
測的索力數據由索結構上M1個指定索的M1個索力數據來描述,索結構索力的
變化就是所有指定索的索力的變化。每次共有M1個索力測量值或計算值來表征
索結構的索力信息。M1是一個不小于0的整數。

索結構的被監測的應變數據可由索結構上K2個指定點的、及每個指定點的
L2個指定方向的應變來描述,索結構應變數據的變化就是K2個指定點的所有被
測應變的變化。每次共有M2(M2=K2×L2)個應變測量值或計算值來表征索結
構應變。M2是一個不小于0的整數。

索結構的被監測的角度數據由索結構上K3個指定點的、過每個指定點的L3
個指定直線的、每個指定直線的H3個角度坐標分量來描述,索結構角度的變化
就是所有指定點的、所有指定直線的、所有指定的角度坐標分量的變化。每次共
有M3(M3=K3×L3×H3)個角度坐標分量測量值或計算值來表征索結構的角度
信息。M3是一個不小于0的整數。

索結構的被監測的形狀數據由索結構上K4個指定點的、及每個指定點的L4
個指定方向的空間坐標來描述,索結構形狀數據的變化就是K4個指定點的所有
坐標分量的變化。每次共有M4(M4=K4×L4)個坐標測量值或計算值來表征索
結構形狀。M4是一個不小于0的整數。

綜合上述被監測量,整個索結構共有M(M=M1+M2+M3+M4)個被監測量,
定義參量K(K=M1+K2+K3+K4),K和M必須不小于核心被評估對象的數量Q+4,
K和M小于被評估對象的數量N。

為方便起見,在本方法中將“索結構的被監測的所有參量”簡稱為“被監測
量”。給M個被監測量連續編號,該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。
本方法用用變量j表示這一編號,j=1,2,3,…,M。

確定“本方法的索結構的溫度測量計算方法”,該方法具體步驟同于本方法
“權利要求書”中“本方法的索結構的溫度測量計算方法”的具體步驟。

第二步:建立初始力學計算基準模型Ao。

在索結構竣工之時,或者在建立健康監測系統前,按照“本方法的索結構的
溫度測量計算方法”測量計算得到“索結構穩態溫度數據”(可以用常規溫度測
量方法測量,例如使用熱電阻測量),此時的“索結構穩態溫度數據”用向量To
表示,稱為初始索結構穩態溫度數據向量To。在實測得到To的同時,使用常規
方法直接測量計算得到索結構的所有被監測量的初始數值,組成被監測量初始數
值向量Co。

本方法中可以具體按照下列方法在獲得某某(例如初始或當前等)索結構穩
態溫度數據向量的時刻的同一時刻,使用某某方法測量計算得到某某被測量量被
監測量(例如索結構的所有被監測量)的數據:在測量記錄溫度(包括索結構所
在環境的氣溫、參考平板的向陽面的溫度和索結構表面溫度)的同時,例如每隔
10分鐘測量記錄一次溫度,那么同時同樣也每隔10分鐘測量記錄某某被測量量
被監測量(例如索結構的所有被監測量)的數據。一旦確定了獲得索結構穩態溫
度數據的時刻,那么與獲得索結構穩態溫度數據的時刻同一時刻的某某被測量量
被監測量(例如索結構的所有被監測量)的數據就稱為在獲得索結構穩態溫度數
據的時刻的同一時刻,使用某某方法測量計算方法得到的某某被測量量被監測量
的數據。

使用常規方法(查資料或實測)得到索結構所使用的各種材料的隨溫度變化
的物理參數(例如熱膨脹系數)和力學性能參數(例如彈性模量、泊松比)。

在實測得到初始索結構穩態溫度數據向量To的同一時刻,直接測量計算得
到所有支承索的初始索力,組成初始索力向量Fo;依據索結構設計數據、竣工
數據得到所有支承索在自由狀態即索力為0時的長度、在自由狀態時的橫截面面
積和在自由狀態時的單位長度的重量,以及獲得這三種數據時所有支承索的溫
度,在此基礎上利用所有支承索的隨溫度變化的物理性能參數和力學性能參數,
按照常規物理計算得到所有支承索在初始索結構穩態溫度數據向量To條件下的
索力為0時所有支承索的長度、索力為0時所有支承索的橫截面面積以及索力為
0時所有支承索的單位長度的重量,依次組成支承索的初始自由長度向量lo、初
始自由橫截面面積向量Ao和初始自由單位長度的重量向量ωo,支承索的初始自
由長度向量lo、初始自由橫截面面積向量Ao和初始自由單位長度的重量向量ωo
的元素的編號規則與初始索力向量Fo的元素的編號規則相同。

在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量To的同時,使用常規方法實
測計算得到索結構的實測計算數據。索結構的實測計算數據包括支承索的無損檢
測數據等能夠表達索的健康狀態的數據、索結構初始幾何數據、索力數據、拉桿
拉力數據、索結構支座廣義坐標數據、索結構集中載荷測量數據、索結構分布載
荷測量數據、索結構體積載荷測量數據、索結構模態數據、結構應變數據、結構
角度測量數據、結構空間坐標測量數據等實測數據。索結構的初始幾何數據可以
是所有索的端點的空間坐標數據加上結構上一系列的點的空間坐標數據,目的在
于根據這些坐標數據確定索結構的幾何特征。對斜拉橋而言,初始幾何數據可以
是所有索的端點的空間坐標數據加上橋梁兩端上若干點的空間坐標數據,這就是
所謂的橋型數據。利用支承索的無損檢測數據等能夠表達支承索的健康狀態的數
據以及索結構載荷測量數據建立被評估對象初始損傷向量do,用do表示索結構
(用初始力學計算基準模型Ao表示)的被評估對象的初始健康狀態。如果沒有
支承索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時,或者可以認
為結構初始狀態為無損傷無松弛狀態時,向量do的中與支承索相關的各元素數
值取0;如果do的某一個元素對應的被評估對象是某一個載荷,本方法中取do
的該元素數值為0,代表這個載荷的變化的初始數值為0。利用索結構的設計圖、
竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、索結構所使用的各種
材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數和初始索結構穩態溫度數據向量To,
利用力學方法(例如有限元法)計入“索結構穩態溫度數據”建立初始力學計算
基準模型Ao。

不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型Ao,計入“索結構穩態溫度數
據”(即初始索結構穩態溫度數據向量To)、基于Ao計算得到的索結構計算數
據必須非常接近其實測數據,誤差一般不得大于5%。這樣可保證利用Ao計算所
得的模擬情況下的索力計算數據、應變計算數據、索結構形狀計算數據和位移計
算數據、索結構角度數據、索結構空間坐標數據等,可靠地接近所模擬情況真實
發生時的實測數據。模型Ao中支承索的健康狀態用被評估對象初始損傷向量do
表示,索結構穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量To表示。由于基于
Ao計算得到所有被監測量的計算數值非常接近所有被監測量的初始數值(實測
得到),所以也可以用在Ao的基礎上、進行力學計算得到的、Ao的每一個被監
測量的計算數值組成被監測量初始數值向量Co。對應于Ao的“索結構穩態溫度
數據”就是“初始索結構穩態溫度數據向量To”;對應于Ao的被評估對象健康
狀態用被評估對象初始損傷向量do表示;對應于Ao的所有被監測量的初始數值
用被監測量初始數值向量Co表示。To和do是Ao的參數,Co由Ao的力學計算結
果組成。

第三步:第一次建立當前初始力學計算基準模型Ato、被監測量當前初始數
值向量Cto和“當前初始索結構穩態溫度數據向量Tto”,具體方法是:在初始時
刻,即第一次建立當前初始力學計算基準模型Ato和被監測量當前初始數值向量
Cto時,Ato就等于Ao,Cto就等于Co,Ato對應的“索結構穩態溫度數據”記為“當
前初始索結構穩態溫度數據向量Tto”,在初始時刻(也就是第一次建立Ato時),
Tto就等于To,向量Tto的定義方式與向量To的定義方式相同。Ato的評估對象的
健康狀態與Ao的評估對象的健康狀態(被評估對象初始損傷向量do表示)相同,
在循環過程中Ato的評估對象的健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量do表
示。Tto和do是Ato的參數,Cto由Ato的力學計算結果組成。

第四步:在索結構服役過程中,按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”
不斷實測計算獲得“索結構穩態溫度數據”的當前數據(稱為“當前索結構穩態
溫度數據向量Tt”,向量Tt的定義方式與向量To的定義方式相同)。在實測得到
當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同時,實測得到索結構的所有被監測量的當
前實測數值,組成“被監測量當前數值向量C”。

在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同一時刻,實測得到索結構
中所有Q根支承索的索力數據,所有這些索力數據組成當前索力向量F,向量F
的元素與向量Fo的元素的編號規則相同;在實測得到當前索結構穩態溫度數據
向量Tt的同一時刻,實測計算得到所有Q根支承索的兩個支承端點的空間坐標,
兩個支承端點的空間坐標在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距離,所有
Q根支承索的兩個支承端點水平距離數據組成當前支承索兩支承端點水平距離
向量ltx,當前支承索兩支承端點水平距離向量ltx的元素的編號規則與初始索力
向量Fo的元素的編號規則相同。

第五步:根據當前索結構穩態溫度數據向量Tt,在必要時更新當前初始力學
計算基準模型Ato、被監測量當前初始數值向量Cto和當前初始索結構穩態溫度
數據向量Tto。在第四步實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt后,比較Tt
和Tto,如果Tt等于Tto,則不需要對Ato、Cto和Tto進行更新,否則需要對Ato、
Cto和Tto進行更新,更新方法按照技術方案和權利要求書中的規定進行。

第六步:在當前初始力學計算基準模型Ato的基礎上進行若干次力學計算,
通過計算獲得索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和被評估對象單位變化
向量Du。具體方法為:索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC是不斷更新的,
即在更新當前初始力學計算基準模型Ato的同時,必須同時更新索結構單位損傷
被監測量數值變化矩陣ΔC;在索結構的當前初始力學計算基準模型Ato的基礎
上進行若干次力學計算,計算次數數值上等于所有被評估對象的數量,有N個
被評估對象就有N次計算,每一次計算假設只有一個被評估對象在原有損傷或
載荷的基礎上再增加單位損傷或載荷單位變化,具體的,如果該被評估對象是索
系統中的一根支承索,那么就假設該支承索在向量do表示的該支承索已有損傷
的基礎上再增加單位損傷(例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷),
如果該被評估對象是一個載荷,就假設該載荷在向量do表示的該載荷已有變化
量的基礎上再增加載荷單位變化(如果該載荷是分布載荷,且該分布載荷是線分
布載荷,載荷單位變化可以取1kN/m、2kN/m、3kN/m或1kNm/m、2kNm/m、
3kNm/m等為單位變化;如果該載荷是分布載荷,且該分布載荷是是面分布載荷,
載荷單位變化可以取1MPa、2MPa、3MPa或1kNm/m2、2kNm/m2、3kNm/m2
等為單位變化;如果該載荷是集中載荷,且該集中載荷是力偶,載荷單位變化可
以取1kNm、2kNm、3kNm等為單位變化;如果該載荷是集中載荷,且該集中
載荷是集中力,載荷單位變化可以取1kN、2kN、3kN等為單位變化;如果該
載荷是體積載荷,載荷單位變化可以取1kN/m3、2kN/m3、3kN/m3等為單位變化),
用Duk記錄這一單位損傷或載荷單位變化,其中k表示發生單位損傷或發生載荷
單位變化的被評估對象的編號;每一次計算中出現單位損傷或載荷單位變化的被
評估對象不同于其它次計算中出現單位損傷或載荷單位變化的被評估對象,每一
次計算都利用力學方法計算索結構的所有被監測量的當前計算值,每一次計算得
到的所有被監測量的當前計算值組成一個被監測量計算當前向量C,被監測量計
算當前向量的元素編號規則與被監測量初始數值向量Co的元素編號規則相同;
每一次計算得到的被監測量計算當前向量C減去被監測量當前初始數值向量Cto
后再除以該次計算所假設的單位損傷或載荷單位變化數值,得到一個被監測量單
位變化向量,有N個被評估對象就有N個被監測量單位變化向量;由這N個被
監測量單位變化向量依次組成有N列的單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC;單
位損傷被監測量數值變化矩陣的每一列對應于一個被監測量單位變化向量,索結
構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的每一行對應于同一個被監測量在不同被
評估對象發生單位損傷或載荷單位變化時的不同的單位變化幅度;索結構單位損
傷被監測量數值變化矩陣ΔC的列的編號規則與向量do的元素的編號規則相同,
索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的行的編號規則與M個被監測量的編
號規則相同。

第七步:建立線性關系誤差向量e和向量g。利用前面的數據(被監測量當
前初始數值向量Cto、單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC),在第六步進行每一
次計算的同時,即在每一次計算假設被評估對象中只有一個被評估對象的增加單
位損傷或載荷單位變化Duk,每一次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評
估對象不同于其它次計算中增加單位損傷或載荷單位變化的被評估對象,每一次
計算都利用力學方法(例如采用有限元法)計算索結構中所有被監測量的當前數
值,每一次計算組成一個被監測量計算當前向量C的同時,每一次計算組成一
個損傷向量d,本步出現的損傷向量d只在本步使用,損傷向量d的所有元素中
只有一個元素的數值取Duk,其它元素的數值取0,損傷向量d的元素的編號規
則與向量do的元素的編號規則相同;將C、Cto、ΔC、Du、d帶入式(1),得到
一個線性關系誤差向量e,每一次計算得到一個線性關系誤差向量e;有N個被
評估對象就有N次計算,就有N個線性關系誤差向量e,將這N個線性關系誤
差向量e相加后得到一個向量,將此向量的每一個元素除以N后得到的新向量
就是最終的線性關系誤差向量e。向量g等于最終的誤差向量e。

e=abs(ΔC·d-C+Co)(1)

式(1)中abs()是取絕對值函數,對括號內求得的向量的每一個元素取絕對值。

第八步:安裝索結構健康監測系統的硬件部分。硬件部分至少包括:被監測
量監測系統(例如含角度測量分系統、索力測量分系統、應變測量分系統、空間
坐標測量分系統、信號調理器等)、索結構溫度監測系統(含溫度傳感器、信號
調理器等)和索結構環境溫度測量系統(含溫度傳感器、信號調理器等)、支承
索索力監測系統、支承索的支承端點的空間坐標監測系統、信號(數據)采集器、
計算機和通信報警設備。每一個被監測量、每一個溫度、每一根支承索的索力、
每一根支承索的支承端點的空間坐標都必須被監測系統監測到,監測系統將監測
到的信號傳輸到信號(數據)采集器;信號經信號采集器傳遞到計算機;計算機
則負責運行索結構的被評估對象的健康監測軟件,包括記錄信號采集器傳遞來的
信號;當監測到被評估對象健康狀態有變化時,計算機控制通信報警設備向監控
人員、業主和(或)指定的人員報警。

第九步:將被監測量當前初始數值向量Cto、單位損傷被監測量數值變化矩
陣ΔC、被評估對象單位變化向量Du參數以數據文件的方式保存在運行健康監測
系統軟件的計算機硬盤上。

第十步:編制并在計算機上安裝運行本方法系統軟件,該軟件將完成本方法
任務所需要的監測、記錄、控制、存儲、計算、通知、報警等功能(即本具體實
施方法中所有可以用計算機完成的工作)

第十一步:依據被監測量當前數值向量C同被監測量當前初始數值向量
Cto、單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC、被評估對象單位變化向量Du和被評
估對象當前名義損傷向量d(由所有索當前名義損傷量組成)間存在的近似線性
關系(式(2)),按照多目標優化算法計算被評估對象當前名義損傷向量d的非劣
解,也就是帶有合理誤差、但可以比較準確地從所有索中確定受損索的位置及其
名義損傷程度的解。

C = C o t + Δ C · d - - - ( 2 ) ]]>

可以采用多目標優化算法中的目標規劃法(GoalAttainmentMethod)求解式
(2)得到被評估對象當前名義損傷向量d,目標規劃法的具體編程實現已經有
通用程序可以直接采用。

被評估對象當前名義損傷向量d的元素個數等于被評估對象的數量,被評估
對象當前名義損傷向量d的元素和被評估對象之間是一一對應關系,被評估對象
當前名義損傷向量d的元素數值代表對應被評估對象的名義損傷程度或名義載
荷變化程度;向量d的元素的編號規則與向量do的元素的編號規則相同。

第十二步:定義被評估對象當前實際損傷向量da,被評估對象當前實際損傷
向量da的元素個數等于被評估對象的數量,被評估對象當前實際損傷向量da的
元素和被評估對象之間是一一對應關系,被評估對象當前實際損傷向量da的元
素數值代表對應被評估對象的實際損傷程度或實際載荷變化程度;向量da的元
素的編號規則與向量do的元素的編號規則相同。利用式(3)表達的被評估對象
當前實際損傷向量da的第k個元素dak同被評估對象初始損傷向量do的第k個元
素dok和被評估對象當前名義損傷向量d的第k個元素dk間的關系,計算得到被
評估對象當前實際損傷向量da的所有元素。


dak表示第k個被評估對象的當前實際健康狀態,如果該被評估對象是索系
統中的一根支承索,那么dak表示其當前實際損傷,dak為0時表示其對應的支承
索無健康問題,dak數值不為0時表示其對應的支承索是有健康問題的支承索,
有健康問題的支承索可能是松弛索、也可能是受損索,其數值反應了松弛或損傷
的程度。

第十三步:將被評估對象當前實際損傷向量da中與支承索相關的Q個元素
取出,組成支承索當前實際損傷向量dca,支承索當前實際損傷向量dca的元素的
編號規則與初始索力向量Fo的元素的編號規則相同。支承索當前實際損傷向量
dca的第h個元素表示索結構中第h根支承索的當前實際損傷量,h=1,2,3,.......,
Q;支承索當前實際損傷向量dca中數值不為0的元素對應于有健康問題的支承
索,采用無損檢測方法從這些有健康問題的支承索中鑒別出受損索,鑒別后那些
沒有發現損傷的、有健康問題的支承索就是發生了松弛的索,就是需調整索力的
索,就是松弛索,這些需調整索力的索在支承索當前實際損傷向量dca中所對應
的元素數值(例如其中一個元素可用dcah表示)表示與這些支承索的松弛程度力
學等效的損傷程度,由此就確定了松弛索,具體松弛量的計算方法在下面說明。
受損索在支承索當前實際損傷向量dca中對應的元素的數值就表示其損傷程度,
對應元素的數值為100%時表示該支承索徹底喪失承載能力,介于0與100%之
間時表示該索喪失相應比例的承載能力,至此識別出了受損索及其損傷程度。

第十四步:通過將松弛索同受損索進行力學等效來計算松弛索的、與當前實
際等效損傷程度等效的松弛程度,具體地可以依據式(4)可以求得這些索的松
弛程度(即索長調整量)。這樣就實現了支承索的松弛識別。至此便全部識別了
受損索和松弛索。

Δl h t = d h c a 1 - d h c a F h [ E h t 1 + ( ω h t l x h t ) 2 A h t E h t 12 ( F h ) 3 ] A h t + F h l o h t - - - ( 4 ) ]]>

式(4)中Δlth是第h根支承索當前松弛程度,Eth是在索結構的穩態溫度數據用當
前初始索結構穩態溫度數據向量Tto表示時,第h根支承索的彈性模量,Ath是在索
結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Tto表示時,第h根支承
索的橫截面面積,Fh是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據
向量Tto表示時,第h根支承索的當前索力,dcah是第h根支承索的當前實際損傷程
度,ωth是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Tto表示
時,第h根支承索的單位長度的重量,ltxh是在索結構的穩態溫度數據用當前初始
索結構穩態溫度數據向量Tto表示時,第h根支承索的兩個支承端點的水平距離,
ltxh是當前支承索兩支承端點水平距離向量ltx的一個元素,當前支承索兩支承端點
水平距離向量ltx的元素的編號規則與初始自由長度向量lo的元素的編號規則相
同,Eth可以根據查或實測第h根支承索的材料特性數據得到,Ath和ωth可以根據第
h根支承索的熱膨脹系數、Aoh、ωoh、Fh、To和Tto通過常規物理和力學計算得到。
式(4)中[]內的項是該支承索的Ernst等效彈性模量。

第十五步:健康監測系統中的計算機定期自動或由人員操作健康監測系統生
成索系統健康情況報表。

第十六步:在指定條件下,健康監測系統中的計算機自動操作通信報警設備
向監控人員、業主和(或)指定的人員報警。

第十七步:回到第四步,開始由第四步到第十七步的循環。

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