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索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法.pdf

關 鍵 詞:
監測 受損 載荷 位移 遞進 識別 方法
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摘要
申請專利號:

CN201510439492.9

申請日:

2015.07.23

公開號:

CN105067328A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G01M 99/00申請公布日:20151118|||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:

CN201510439492.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.12.28|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法基于索力監測、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,據此可以識別出核心被評估對象的健康狀態。

權利要求書

1.索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法,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座線位移分量、支
承索和載荷為被評估對象,設被評估的支座線位移分量的數量、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;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;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和支座線位移分量,設被
評估的支承索和支座線位移分量的數量之和為P,即核心被評估對象的數量為P,
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;設索
系統中共有M1根支承索,索結構索力數據包括這M1根支承索的索力,本方法
在監測全部M1根支承索索力的基礎上,在索結構上人為增加M2根索,稱為傳
感索,在索結構健康監測過程中將監測這新增加的M2根傳感索的索力;綜合上
述被監測量,整個索結構共有M根索的M個索力被監測,即有M個被監測量,
其中M為M1與M2之和;M必須大于核心被評估對象的數量,M小于被評估對
象的數量;新增加的M2根傳感索的剛度同索結構的任意一根支承索的剛度相比,
應當小得多;新增加的M2根傳感索的各傳感索的索力應當比索結構的任意一根
支承索的索力小得多,這樣可以保證即使這新增加的M2根傳感索出現了損傷或
松弛,對索結構其他構件的應力、應變、變形的影響微乎其微;新增加的M2根
傳感索的橫截面上正應力應當小于其疲勞極限,這些要求可以保證新增加的M2
根傳感索不會發生疲勞損傷;新增加的M2根傳感索的兩端應當充分錨固,保證
不會出現松弛;新增加的M2根傳感索應當得到充分的防腐蝕保護,保證新增加
的M2根傳感索不會發生損傷和松弛;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,本方法用用
變量j表示這一編號,j=1,2,3,…,M,該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩
陣;在本方法中新增加的M2根傳感索作為索結構的一部分,后文再提到索結構
時,索結構包括增加M2根傳感索前的索結構和新增加的M2根傳感索,也就是
說后文提到索結構時指包括新增加的M2根傳感索的索結構;因此后文提到按照
“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”
時,其中的索結構包括新增加的M2根傳感索,得到的“索結構穩態溫度數據”
包括新增加的M2根傳感索的穩態溫度數據,獲得新增加的M2根傳感索的穩態
溫度數據的方法同于索結構的M1根支承索的穩態溫度數據的獲得方法,在后文
不再一一交代;測量得到新增加的M2根傳感索的索力的方法同于索結構的M1
根支承索的索力的測量方法,在后文不再一一交代;對索結構的支承索進行任何
測量時,同時對新增加的M2根傳感索進行同樣的測量,在后文不再一一交代;
新增加的M2根傳感索除了不發生損傷和松弛外,對新增加的M2根傳感索的信
息量的要求和獲得方法與索結構的支承索的信息量的要求和獲得方法相同,在后
文不再一一交代;在后文建立索結構的各種力學模型時,將新增加的M2根傳感
索視同索結構的支承索對待;在后文中,除了提到支承索的損傷和松弛的場合外,
當提到支承索時所說的支承索包括索結構的支承索和新增加的M2根傳感索;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、
索結構支座初始線位移測量數據、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;利用能表達支承索初始健康狀態數據、索結構支座初始
線位移測量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
支座的某一個線位移分量,那么do的該元素的數值代表這個支座的該線位移分
量的初始數值;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;如果沒有索結
構支座初始線位移測量數據或者可以認為索結構支座初始線位移為0時,向量
do中與索結構支座線位移相關的各元素數值取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;初始索結構支座
空間坐標數據指索結構設計狀態下的支座空間坐標數據,索結構支座初始線位移
測量數據指在建立初始力學計算基準模型Ao時,索結構支座相對于索結構設計
狀態下的支座所發生的線位移;
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、索結構支座初始線位移測量數據、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;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,在本方法中Ao、Co、do和To是不變的;
e.在本方法中,字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外,字母i僅表示循
環次數,即第i次循環;第i次循環開始時需要建立的或已建立的索結構的當前
初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Aio,Ao和Aio計入了溫
度參數,可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響;第i次循環開始時,對應
于Aio的“索結構穩態溫度數據”用當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio表示,
向量Tio的定義方式與向量To的定義方式相同,Tio的元素與To的元素一一對應;
第i次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量記為dio,dio表示該次循
環開始時索結構Aio的被評估對象的健康狀態,dio的定義方式與do的定義方式相
同,dio的元素與do的元素一一對應;第i次循環開始時,所有被監測量的初始
值,用被監測量當前初始數值向量Cio表示,向量Cio的定義方式與向量Co的定
義方式相同,Cio的元素與Co的元素一一對應,被監測量當前初始數值向量Cio
表示對應于Aio的所有被監測量的具體數值;Tio和dio是Aio的特性參數,Cio由
Aio的力學計算結果組成;第一次循環開始時,Aio記為A1o,建立A1o的方法為
使A1o等于Ao;第一次循環開始時,Tio記為T1o,建立T1o的方法為使T1o等于
To;第一次循環開始時,dio記為d1o,建立d1o的方法為使d1o等于do;第一次循
環開始時,Cio記為C1o,建立C1o的方法為使C1o等于Co;
f.從這里進入由第f步到第q步的循環;在結構服役過程中,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,所有“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量
Ti,向量Ti的定義方式與向量To的定義方式相同,Ti的元素與To的元素一一對
應;在實測得到向量Ti的同時,實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量
Ti的時刻的同一時刻的索結構中所有被監測量的當前值,所有這些數值組成被監
測量當前數值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量Co的定義方式相同,Ci的元素
與Co的元素一一對應,表示相同被監測量在不同時刻的數值;在實測得到當前
索結構穩態溫度數據向量Ti的同時,對新增加的M2根傳感索進行無損檢測,從
中鑒別出出現損傷或松弛的傳感索,依據被監測量編號規則,從本方法之前出現
的按照被監測量編號規則編號的各向量中去除與鑒別出的出現損傷或松弛的傳
感索對應的元素,在本方法之后出現的各向量和矩陣中也不再出現與鑒別出的出
現損傷或松弛的傳感索對應的元素,在本方法之后提到傳感索時不再包括這里被
鑒別出出現損傷或松弛的傳感索,在本方法之后提到被監測量時不再包括這里被
鑒別出出現損傷或松弛的傳感索的索力;從索結構上鑒別出幾根出現損傷或松弛
的傳感索,就將M2和M減小同樣的數量;
g.根據當前索結構穩態溫度數據向量Ti,按照步驟g1至g3更新當前初始
力學計算基準模型Aio、被監測量當前初始數值向量Cio和當前初始索結構穩態溫
度數據向量Tio,而被評估對象當前初始損傷向量dio保持不變;
g1.比較Ti與Tio,如果Ti等于Tio,則Aio、Cio和Tio保持不變;否則需要按
下列步驟對Aio、Cio和Tio進行更新;
g2.計算Ti與To的差,Ti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,Ti與To的差用穩態溫度變化向量S表示,S等于
Ti減去To,S表示索結構穩態溫度數據的變化;
g3.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Aio,更新Aio的同時,Tio所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應
代替,即更新了Tio,這樣就得到了正確地對應于Aio的Tio;此時dio保持不變;
當更新Aio后,Aio的索的健康狀況用被評估對象當前初始損傷向量dio表示,
Aio的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示,更新Cio的方法
是:當更新Aio后,通過力學計算得到Aio中所有被監測量的、當前的具體數值,
這些具體數值組成Cio;
h.在當前初始力學計算基準模型Aio的基礎上,按照步驟h1至步驟h4進行
若干次力學計算,通過計算建立單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi和被評估對
象單位變化向量Diu;
h1.在第i次循環開始時,直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得ΔCi和Diu;
在其它時刻,當在步驟g中對Aio進行更新后,必須按步驟h2至步驟h4所列方
法重新獲得ΔCi和Diu,如果在步驟g中沒有對Aio進行更新,則在此處直接轉入
步驟i進行后續工作;
h2.在當前初始力學計算基準模型Aio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再增加單位損傷,如果
該被評估對象是一個支座的一個方向的線位移分量,就假設該支座在該位移方向
再增加單位線位移,如果該被評估對象是一個載荷,就假設該載荷再增加載荷單
位變化,用Diuk記錄這一增加的單位損傷或單位線位移或載荷單位變化,其中k
表示增加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化的被評估對象的編號,Diuk是被
評估對象單位變化向量Diu的一個元素,被評估對象單位變化向量Diu的元素的
編號規則與向量do的元素的編號規則相同;每一次計算中再增加單位損傷或單
位線位移或載荷單位變化的被評估對象不同于其它次計算中再增加單位損傷或
單位線位移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;當假設第k個被評估對象再增加單位損傷或單
位線位移或載荷單位變化時,用Citk表示對應的“被監測量計算當前向量”;在
本步驟中給各向量的元素編號時,應同本方法中其它向量使用同一編號規則,以
保證本步驟中各向量中的任意一個元素,同其它向量中的、編號相同的元素,表
達了同一被監測量或同一對象的相關信息;Citk的定義方式與向量Co的定義方式
相同,Citk的元素與Co的元素一一對應;
h3.每一次計算得到的向量Citk減去向量Cio得到一個向量,再將該向量的每
一個元素都除以本次計算所假設的單位損傷或單位線位移或載荷單位變化數值
后得到一個“被監測量的數值變化向量δCik”;有N個被評估對象就有N個“被
監測量的數值變化向量”;
h4.由這N個“被監測量的數值變化向量”按照N個被評估對象的編號規
則,依次組成有N列的“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”;單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔCi的每一列對應于一個被監測量單位變化向量;單位損傷被
監測量數值變化矩陣ΔCi的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對象增
加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化時的不同的單位變化幅度;單位損傷被
監測量數值變化矩陣ΔCi的列的編號規則與向量do的元素的編號規則相同,單位
損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi的行的編號規則與M個被監測量的編號規則相
同;
i.定義當前名義損傷向量dic和當前實際損傷向量di,dic和di的元素個數等
于被評估對象的數量,dic和di的元素和被評估對象之間是一一對應關系,dic的
元素數值代表對應被評估對象的名義損傷程度或名義線位移或名義載荷變化量,
dic和di與被評估對象初始損傷向量do的元素編號規則相同,dic的元素、di的元
素與do的元素是一一對應關系;
j.依據被監測量當前數值向量Ci同“被監測量當前初始數值向量Cio”、“單
位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”和“當前名義損傷向量dic”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dic外的其它量均為已知,求
解式1就可以算出當前名義損傷向量dic;
C i = C o i + ΔC i · d c i ]]>式1
k.利用式2表達的當前實際損傷向量di的第k個元素dik同被評估對象當前
初始損傷向量dio的第k個元素diok和當前名義損傷向量dic的第k個元素dick間
的關系,計算得到當前實際損傷向量di的所有元素;
式2
式2中k=1,2,3,……,N;dik表示第i次循環中第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dik表示其當前實際
損傷,dik為0時表示無損傷,為100%時表示該支承索徹底喪失承載能力,介于
0與100%之間時表示喪失相應比例的承載能力;如果該被評估對象是一個支座
的一個線位移分量,那么dik表示其當前實際線位移數值;至此本方法實現了剔
除支座線位移、載荷變化和結構溫度變化的影響的、索結構的受損索識別,同時
實現了剔除載荷變化、結構溫度變化和支承索健康狀態變化影響的、支座線位移
的識別;
l.在求得當前名義損傷向量dic后,按照式3建立標識向量Bi,式4給出了標識
向量Bi的第k個元素的定義;
B i = B 1 i B 2 i · · · B k i · · · B N i T ]]>式3
式4
式4中元素Bik是標識向量Bi的第k個元素,Diuk是被評估對象單位變化向量Diu的第
k個元素,dick是被評估對象當前名義損傷向量dic的第k個元素,它們都表示第k個
被評估對象的相關信息,式4中k=1,2,3,……,N;
m.如果標識向量Bi的元素全為0,則回到步驟f繼續本次循環;如果標識向
量Bi的元素不全為0,則進入下一步、即步驟n;
n.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的被評估對象當前初始損傷
向量di+1o的每一個元素;
式5
式5中di+1ok是下一次、即第i+1次循環所需的被評估對象當前初始損傷向量di+1o
的第k個元素,diok是本次、即第i次循環的被評估對象當前初始損傷向量dio的
第k個元素,Diuk是第i次循環的被評估對象單位變化向量Diu的第k個元素,Bik
是第i次循環的標識向量Bi的第k個元素,式5中k=1,2,3,……,N;
o.取下一次、即第i+1次循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1o
等于第i次循環的當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio;
p.在初始力學計算基準模型Ao的基礎上,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,再令索的健康狀況為di+1o后
得到的就是下一次、即第i+1次循環所需的力學計算基準模型Ai+1;得到Ai+1后,
通過力學計算得到Ai+1中所有被監測量的、當前的具體數值,這些具體數值組成
下一次、即第i+1次循環所需的被監測量當前初始數值向量Ci+1o;
q.回到步驟f,開始下一次循環。

說明書

索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法

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。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,索結構支座可能發生線位移,索結構承受的載
荷也可能發生變化,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,本方法基于索力監測(本方法將被監測的索力稱為“被監測量”)來識別支
座線位移和受損索(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、索結構支座線位移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;剔除載荷變化、索結構健康狀態變化和結構溫度變化對索結構支座線位移識
別結果的影響,從而準確地識別索結構支座線位移,也是目前迫切需要解決的問
題;本方法公開了一種解決這兩個問題的有效的、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,實現了兩種功
能,分別是,一、剔除支座線位移、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,從而準確地識別出支承索的健康狀態;二、本方法還能夠剔除
載荷變化、索結構健康狀態變化和結構溫度變化對索結構支座線位移識別結果的
影響,從而準確地識別索結構支座線位移。

技術方案:在本方法中,用“支座空間坐標”指稱支座關于笛卡爾直角坐標
系的X、Y、Z軸的坐標,也可以說成是支座關于X、Y、Z軸的空間坐標,支
座關于某一個軸的空間坐標的具體數值稱為支座關于該軸的空間坐標分量,本方
法中也用支座的一個空間坐標分量表達支座關于某一個軸的空間坐標的具體數
值;用“支座角坐標”指稱支座關于X、Y、Z軸的角坐標,支座關于某一個軸
的角坐標的具體數值稱為支座關于該軸的角坐標分量,本方法中也用支座的一個
角坐標分量表達支座關于某一個軸的角坐標的具體數值;用“支座廣義坐標”指
稱支座角坐標和支座空間坐標全體,本方法中也用支座的一個廣義坐標分量表達
支座關于一個軸的空間坐標或角坐標的具體數值;支座關于X、Y、Z軸的坐標
的改變稱為支座線位移,也可以說支座空間坐標的改變稱為支座線位移,本方法
中也用支座的一個線位移分量表達支座關于某一個軸的線位移的具體數值;支座
關于X、Y、Z軸的角坐標的改變稱為支座角位移,本方法中也用支座的一個角
位移分量表達支座關于某一個軸的角位移的具體數值;支座廣義位移指稱支座線
位移和支座角位移全體,本方法中也用支座的一個廣義位移分量表達支座關于某
一個軸的線位移或角位移的具體數值;支座線位移也可稱為平移位移,支座沉降
是支座線位移或平移位移在重力方向的分量。

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座線位移分量、支
承索和載荷為被評估對象,設被評估的支座線位移分量的數量、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;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;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和支座線位移分量,設被
評估的支承索和支座線位移分量的數量之和為P,即核心被評估對象的數量為P,
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;設索
系統中共有M1根支承索,索結構索力數據包括這M1根支承索的索力,本方法
在監測全部M1根支承索索力的基礎上,在索結構上人為增加M2根索,稱為傳
感索,在索結構健康監測過程中將監測這新增加的M2根傳感索的索力;綜合上
述被監測量,整個索結構共有M根索的M個索力被監測,即有M個被監測量,
其中M為M1與M2之和;M必須大于核心被評估對象的數量,M小于被評估對
象的數量;新增加的M2根傳感索的剛度同索結構的任意一根支承索的剛度相比,
應當小得多;新增加的M2根傳感索的各傳感索的索力應當比索結構的任意一根
支承索的索力小得多,這樣可以保證即使這新增加的M2根傳感索出現了損傷或
松弛,對索結構其他構件的應力、應變、變形的影響微乎其微;新增加的M2根
傳感索的橫截面上正應力應當小于其疲勞極限,這些要求可以保證新增加的M2
根傳感索不會發生疲勞損傷;新增加的M2根傳感索的兩端應當充分錨固,保證
不會出現松弛;新增加的M2根傳感索應當得到充分的防腐蝕保護,保證新增加
的M2根傳感索不會發生損傷和松弛;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,本方法用用
變量j表示這一編號,j=1,2,3,…,M,該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩
陣;在本方法中新增加的M2根傳感索作為索結構的一部分,后文再提到索結構
時,索結構包括增加M2根傳感索前的索結構和新增加的M2根傳感索,也就是
說后文提到索結構時指包括新增加的M2根傳感索的索結構;因此后文提到按照
“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”
時,其中的索結構包括新增加的M2根傳感索,得到的“索結構穩態溫度數據”
包括新增加的M2根傳感索的穩態溫度數據,獲得新增加的M2根傳感索的穩態
溫度數據的方法同于索結構的M1根支承索的穩態溫度數據的獲得方法,在后文
不再一一交代;測量得到新增加的M2根傳感索的索力的方法同于索結構的M1
根支承索的索力的測量方法,在后文不再一一交代;對索結構的支承索進行任何
測量時,同時對新增加的M2根傳感索進行同樣的測量,在后文不再一一交代;
新增加的M2根傳感索除了不發生損傷和松弛外,對新增加的M2根傳感索的信
息量的要求和獲得方法與索結構的支承索的信息量的要求和獲得方法相同,在后
文不再一一交代;在后文建立索結構的各種力學模型時,將新增加的M2根傳感
索視同索結構的支承索對待;在后文中,除了提到支承索的損傷和松弛的場合外,
當提到支承索時所說的支承索包括索結構的支承索和新增加的M2根傳感索;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、
索結構支座初始線位移測量數據、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;利用能表達支承索初始健康狀態數據、索結構支座初始
線位移測量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
支座的某一個線位移分量,那么do的該元素的數值代表這個支座的該線位移分
量的初始數值;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;如果沒有索結
構支座初始線位移測量數據或者可以認為索結構支座初始線位移為0時,向量
do中與索結構支座線位移相關的各元素數值取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;初始索結構支座
空間坐標數據指索結構設計狀態下的支座空間坐標數據,索結構支座初始線位移
測量數據指在建立初始力學計算基準模型Ao時,索結構支座相對于索結構設計
狀態下的支座所發生的線位移;

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、索結構支座初始線位移測量數據、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;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,在本方法中Ao、Co、do和To是不變的;

e.在本方法中,字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外,字母i僅表示循
環次數,即第i次循環;第i次循環開始時需要建立的或已建立的索結構的當前
初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Aio,Ao和Aio計入了溫
度參數,可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響;第i次循環開始時,對應
于Aio的“索結構穩態溫度數據”用當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio表示,
向量Tio的定義方式與向量To的定義方式相同,Tio的元素與To的元素一一對應;
第i次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量記為dio,dio表示該次循
環開始時索結構Aio的被評估對象的健康狀態,dio的定義方式與do的定義方式相
同,dio的元素與do的元素一一對應;第i次循環開始時,所有被監測量的初始
值,用被監測量當前初始數值向量Cio表示,向量Cio的定義方式與向量Co的定
義方式相同,Cio的元素與Co的元素一一對應,被監測量當前初始數值向量Cio
表示對應于Aio的所有被監測量的具體數值;Tio和dio是Aio的特性參數,Cio由
Aio的力學計算結果組成;第一次循環開始時,Aio記為A1o,建立A1o的方法為
使A1o等于Ao;第一次循環開始時,Tio記為T1o,建立T1o的方法為使T1o等于
To;第一次循環開始時,dio記為d1o,建立d1o的方法為使d1o等于do;第一次循
環開始時,Cio記為C1o,建立C1o的方法為使C1o等于Co;

f.從這里進入由第f步到第q步的循環;在結構服役過程中,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,所有“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量
Ti,向量Ti的定義方式與向量To的定義方式相同,Ti的元素與To的元素一一對
應;在實測得到向量Ti的同時,實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量
Ti的時刻的同一時刻的索結構中所有被監測量的當前值,所有這些數值組成被監
測量當前數值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量Co的定義方式相同,Ci的元素
與Co的元素一一對應,表示相同被監測量在不同時刻的數值;在實測得到當前
索結構穩態溫度數據向量Ti的同時,對新增加的M2根傳感索進行無損檢測,從
中鑒別出出現損傷或松弛的傳感索,依據被監測量編號規則,從本方法之前出現
的按照被監測量編號規則編號的各向量中去除與鑒別出的出現損傷或松弛的傳
感索對應的元素,在本方法之后出現的各向量和矩陣中也不再出現與鑒別出的出
現損傷或松弛的傳感索對應的元素,在本方法之后提到傳感索時不再包括這里被
鑒別出出現損傷或松弛的傳感索,在本方法之后提到被監測量時不再包括這里被
鑒別出出現損傷或松弛的傳感索的索力;從索結構上鑒別出幾根出現損傷或松弛
的傳感索,就將M2和M減小同樣的數量;

g.根據當前索結構穩態溫度數據向量Ti,按照步驟g1至g3更新當前初始
力學計算基準模型Aio、被監測量當前初始數值向量Cio和當前初始索結構穩態溫
度數據向量Tio,而被評估對象當前初始損傷向量dio保持不變;

g1.比較Ti與Tio,如果Ti等于Tio,則Aio、Cio和Tio保持不變;否則需要按
下列步驟對Aio、Cio和Tio進行更新;

g2.計算Ti與To的差,Ti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,Ti與To的差用穩態溫度變化向量S表示,S等于
Ti減去To,S表示索結構穩態溫度數據的變化;

g3.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Aio,更新Aio的同時,Tio所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應
代替,即更新了Tio,這樣就得到了正確地對應于Aio的Tio;此時dio保持不變;
當更新Aio后,Aio的索的健康狀況用被評估對象當前初始損傷向量dio表示,
Aio的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示,更新Cio的方法
是:當更新Aio后,通過力學計算得到Aio中所有被監測量的、當前的具體數值,
這些具體數值組成Cio;

h.在當前初始力學計算基準模型Aio的基礎上,按照步驟h1至步驟h4進行
若干次力學計算,通過計算建立單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi和被評估對
象單位變化向量Diu;

h1.在第i次循環開始時,直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得ΔCi和Diu;
在其它時刻,當在步驟g中對Aio進行更新后,必須按步驟h2至步驟h4所列方
法重新獲得ΔCi和Diu,如果在步驟g中沒有對Aio進行更新,則在此處直接轉入
步驟i進行后續工作;

h2.在當前初始力學計算基準模型Aio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再增加單位損傷,如果
該被評估對象是一個支座的一個方向的線位移分量,就假設該支座在該位移方向
再增加單位線位移,如果該被評估對象是一個載荷,就假設該載荷再增加載荷單
位變化,用Diuk記錄這一增加的單位損傷或單位線位移或載荷單位變化,其中k
表示增加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化的被評估對象的編號,Diuk是被
評估對象單位變化向量Diu的一個元素,被評估對象單位變化向量Diu的元素的
編號規則與向量do的元素的編號規則相同;每一次計算中再增加單位損傷或單
位線位移或載荷單位變化的被評估對象不同于其它次計算中再增加單位損傷或
單位線位移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;當假設第k個被評估對象再增加單位損傷或單
位線位移或載荷單位變化時,用Citk表示對應的“被監測量計算當前向量”;在
本步驟中給各向量的元素編號時,應同本方法中其它向量使用同一編號規則,以
保證本步驟中各向量中的任意一個元素,同其它向量中的、編號相同的元素,表
達了同一被監測量或同一對象的相關信息;Citk的定義方式與向量Co的定義方式
相同,Citk的元素與Co的元素一一對應;

h3.每一次計算得到的向量Citk減去向量Cio得到一個向量,再將該向量的每
一個元素都除以本次計算所假設的單位損傷或單位線位移或載荷單位變化數值
后得到一個“被監測量的數值變化向量δCik”;有N個被評估對象就有N個“被
監測量的數值變化向量”;

h4.由這N個“被監測量的數值變化向量”按照N個被評估對象的編號規
則,依次組成有N列的“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”;單位損傷被監
測量數值變化矩陣ΔCi的每一列對應于一個被監測量單位變化向量;單位損傷被
監測量數值變化矩陣ΔCi的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對象增
加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化時的不同的單位變化幅度;單位損傷被
監測量數值變化矩陣ΔCi的列的編號規則與向量do的元素的編號規則相同,單位
損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi的行的編號規則與M個被監測量的編號規則相
同;

i.定義當前名義損傷向量dic和當前實際損傷向量di,dic和di的元素個數等
于被評估對象的數量,dic和di的元素和被評估對象之間是一一對應關系,dic的
元素數值代表對應被評估對象的名義損傷程度或名義線位移或名義載荷變化量,
dic和di與被評估對象初始損傷向量do的元素編號規則相同,dic的元素、di的元
素與do的元素是一一對應關系;

j.依據被監測量當前數值向量Ci同“被監測量當前初始數值向量Cio”、“單
位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”和“當前名義損傷向量dic”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dic外的其它量均為已知,求
解式1就可以算出當前名義損傷向量dic;

式1

k.利用式2表達的當前實際損傷向量di的第k個元素dik同被評估對象當前
初始損傷向量dio的第k個元素diok和當前名義損傷向量dic的第k個元素dick間
的關系,計算得到當前實際損傷向量di的所有元素;


式2中k=1,2,3,……,N;dik表示第i次循環中第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dik表示其當前實際
損傷,dik為0時表示無損傷,為100%時表示該支承索徹底喪失承載能力,介于
0與100%之間時表示喪失相應比例的承載能力;如果該被評估對象是一個支座
的一個線位移分量,那么dik表示其當前實際線位移數值;至此本方法實現了核
心被評估對象的健康狀態的識別;

l.在求得當前名義損傷向量dic后,按照式3建立標識向量Bi,式4給出了標識
向量Bi的第k個元素的定義;

式3


式4中元素Bik是標識向量Bi的第k個元素,Diuk是被評估對象單位變化向量Diu的第
k個元素,dick是被評估對象當前名義損傷向量dic的第k個元素,它們都表示第k個
被評估對象的相關信息,式4中k=1,2,3,……,N;

m.如果標識向量Bi的元素全為0,則回到步驟f繼續本次循環;如果標識向
量Bi的元素不全為0,則進入下一步、即步驟n;

n.根據式5計算得到下一次、即第i+1次循環所需的被評估對象當前初始損傷
向量di+1o的每一個元素;


式5中di+1ok是下一次、即第i+1次循環所需的被評估對象當前初始損傷向量di+1o
的第k個元素,diok是本次、即第i次循環的被評估對象當前初始損傷向量dio的
第k個元素,Diuk是第i次循環的被評估對象單位變化向量Diu的第k個元素,Bik
是第i次循環的標識向量Bi的第k個元素,式5中k=1,2,3,……,N;

o.取下一次、即第i+1次循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1o
等于第i次循環的當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio;

p.在初始力學計算基準模型Ao的基礎上,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,再令索的健康狀況為di+1o后
得到的就是下一次、即第i+1次循環所需的力學計算基準模型Ai+1;得到Ai+1后,
通過力學計算得到Ai+1中所有被監測量的、當前的具體數值,這些具體數值組成
下一次、即第i+1次循環所需的被監測量當前初始數值向量Ci+1o;

q.回到步驟f,開始下一次循環。

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的高,可以說造價問題也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。幸好發明人研究發現,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

本方法采用一種算法,該算法用于識別核心被評估對象的健康狀態。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。

設索結構的支座線位移分量的數量、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,即共有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。

設被評估的支承索和支座線位移分量的數量之和為P,即核心被評估對象的
數量為P,設被評估的支座線位移分量的數量為Z,設被評估的支承索的數量為
M1,結構索力數據包括這M1根支承索的索力,本方法在監測全部M1根支承索
索力的基礎上,增加M2個其他被監測量。

增加的M2個其他被監測量仍然是索力,敘述如下:

在結構健康檢測系統開始工作前,先在索結構上人為增加M2(M2不小于
Z+4)根索,稱為傳感索,新增加的M2根傳感索的剛度同索結構的任意一根支
承索的剛度相比,應當小很多,例如小20倍,新增加的M2根傳感索的索力應當
較小,例如其橫截面正應力應當小于其疲勞極限,這些要求可以保證新增加的
M2根傳感索不會發生疲勞損傷,新增加的M2根傳感索的兩端應當充分錨固,保
證不會出現松弛,新增加的M2根傳感索應當得到充分的防腐蝕保護,保證新增
加的M2根傳感索不會發生損傷和松弛,在結構健康監測過程中將監測這新增加
的M2根傳感索的索力。

還可以采用多增加傳感索的方式來保證健康監測的可靠性,例如使M2不小
于Z+8,在結構健康監測過程中只挑選其中的完好的傳感索的索力數據(稱為
實際可以使用的被監測量,記錄其數量為K,K不得小于Z+4)和對應的索結構
被監測量單位變化矩陣ΔC進行健康狀態評估。在結構健康監測過程中將監測這
新增加的M2根傳感索的索力。新增加的M2根傳感索應當安裝在結構上、人員
易于到達的部位,便于人員對其進行無損檢測。

在本方法中新增加的M2根傳感索作為索結構的一部分,后文再提到索結構
時,索結構包括增加M2根傳感索前的索結構和新增加的M2根傳感索,也就是
說后文提到索結構時指包括新增加的M2根傳感索的索結構。因此后文提到按照
“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”
時,其中的索結構包括新增加的M2根傳感索,得到的“索結構穩態溫度數據”
包括新增加的M2根傳感索的穩態溫度數據,獲得新增加的M2根傳感索的穩態
溫度數據的方法同于索結構的M1根支承索的穩態溫度數據的獲得方法,在后文
不再一一交代;測量得到新增加的M2根傳感索的索力的方法同于索結構的M1
根支承索的索力的測量方法,在后文不再一一交代;對索結構的支承索進行任何
測量時,同時對新增加的M2根傳感索進行同樣的測量,在后文不再一一交代;
新增加的M2根傳感索除了不發生損傷和松弛外,新增加的M2根索的信息量與
索結構的支承索的信息量相同,在后文不再一一交代;新增加的M2根傳感索的
索力就是增加的M2個其他被監測量。在后文建立索結構的各種力學模型時,將
新增加的M2根傳感索視同索結構的M1根支承索對待,除了提到支承索的損傷
和松弛的場合,在其他場合提到支承索時包括新增加的M2根索。

綜合上述被監測量,整個索結構共有M(M=M1+M2)個被監測量,M不小
于P加4。

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。

按照技術方案和權利要求書中給出的方法,采用包括常規溫度測量計算方法
在內的常規方法,確定“本方法的索結構的溫度測量計算方法”。

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、初始索結構支座廣義坐
標數據(初始索結構支座廣義坐標數據包括初始索結構支座空間坐標數據和初始
索結構支座角坐標數據)、索結構支座初始線位移測量數據、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。初始索
結構支座空間坐標數據指索結構設計狀態下的支座空間坐標數據,索結構支座初
始線位移測量數據指在建立初始力學計算基準模型Ao時,索結構支座相對于索
結構設計狀態下的支座所發生的線位移。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、索結構
支座初始線位移測量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;如果沒有索結構支座初始線位移測量數據或者可
以認為索結構支座初始線位移為0時,向量do的中與索結構支座線位移相關的
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:在本方法中,字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外,字母i僅
表示循環次數,即第i次循環;第i次循環開始時需要建立的或已建立的索結構
的當前初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Aio,Ao和Aio計
入了溫度參數,可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響;第i次循環開始時,
對應于Aio的“索結構穩態溫度數據”用當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio
表示,向量Tio的定義方式與向量To的定義方式相同,Tio的元素與To的元素一
一對應;第i次循環開始時需要的被評估對象當前初始損傷向量記為dio,dio表
示該次循環開始時索結構Aio的被評估對象的健康狀態,dio的定義方式與do的定
義方式相同,dio的元素與do的元素一一對應;第i次循環開始時,所有被監測
量的初始值,用被監測量當前初始數值向量Cio表示,向量Cio的定義方式與向
量Co的定義方式相同,Cio的元素與Co的元素一一對應,被監測量當前初始數
值向量Cio表示對應于Aio的所有被監測量的具體數值;Tio和dio是Aio的特性參
數;Cio由Aio的力學計算結果組成;第一次循環開始時,Aio記為A1o,建立A1o
的方法為使A1o等于Ao;第一次循環開始時,Tio記為T1o,建立T1o的方法為使
T1o等于To;第一次循環開始時,dio記為d1o,建立d1o的方法為使d1o等于do;
第一次循環開始時,Cio記為C1o,建立C1o的方法為使C1o等于Co。

第四步: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(例如含索力測量系統、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)、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。

第五步:編制并在計算機上安裝運行本方法的系統軟件,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)。

第六步:由此步開始循環運作,在結構服役過程中,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,所有
“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量Ti,向量
Ti的定義方式與向量To的定義方式相同,Ti的元素與To的元素一一對應;在實
測向量Ti的同時,實測得到索結構中所有被監測量的當前值,所有這些數值組
成被監測量當前數值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量Co的定義方式相同,Ci
的元素與Co的元素一一對應,表示相同被監測量在不同時刻的數值。

在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti的同時,對新增加的M2根傳感
索進行無損檢測,例如超聲波探傷、目視檢查、紅外成像檢查,從中鑒別出出現
損傷或松弛的傳感索,依據被監測量編號規則,從本方法之前出現的按照被監測
量編號規則編號的各向量中去除與鑒別出的出現損傷或松弛的傳感索對應的元
素,在本方法之后出現的各向量和矩陣中也不再出現與鑒別出的出現損傷或松弛
的傳感索對應的元素,在本方法之后提到傳感索時不再包括這里被鑒別出出現損
傷或松弛的傳感索,在本方法之后提到被監測量時不再包括這里被鑒別出出現損
傷或松弛的傳感索的索力;從索結構上鑒別出幾根出現損傷或松弛的傳感索,就
將M2和M減小同樣的數量。

第七步:在得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti后,比較Ti和Tio,如果Ti
等于Tio,則不需要對Aio、Cio和Tio進行更新,否則需要對當前初始力學計算基
準模型Aio、當前初始索結構穩態溫度數據向量Tio和被監測量當前初始數值向量
Cio進行更新,而被評估對象當前初始損傷向量dio保持不變,更新方法按技術方
案和權利要求書中給出的步驟進行。

第八步:在當前初始力學計算基準模型Aio的基礎上,按照技術方案和權利
要求書中給出的步驟進行若干次力學計算,通過計算建立單位損傷被監測量數值
變化矩陣ΔCi和被評估對象單位變化向量Diu,其中可以取5%、10%、20%或30%
等損傷為單位損傷,如果該被評估對象是一個支座的一個方向的線位移分量,就
假設該支座在該位移方向在向量dio表示的該支座已有線位移的基礎上再發生單
位線位移(例如2mm,5mm,10mm等為單位線位移),如果該被評估對象是一個
載荷,就假設該載荷在向量dio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、3
kNm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Diuk記錄這一單
位損傷或單位線位移或載荷單位變化,其中k表示發生單位損傷或單位線位移或
載荷單位變化的被評估對象的編號,Diuk是被評估對象單位變化向量Diu的一個
元素,被評估對象單位變化向量Diu的元素的編號規則與向量do的元素的編號規
則相同。

第九步:建立線性關系誤差向量ei和向量gi。利用前面的數據(“被監測量
當前初始數值向量Cio”、“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”),在第八步進
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
增加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化的同時,當假設第k(k=1,2,3,……,N)
個被評估對象增加單位損傷或單位線位移或載荷單位變化時,每一次計算組成一
個損傷向量,用ditk表示該損傷向量,對應的被監測量計算當前向量為Citk(參
見第八步),損傷向量ditk的元素個數等于被評估對象的數量,向量ditk的所有元
素中只有一個元素的數值取每一次計算中假設增加單位損傷或單位線位移或載
荷單位變化的被評估對象的單位損傷或單位線位移或載荷單位變化值,ditk的其
它元素的數值取0,那個不為0的元素的編號與假定增加單位損傷或單位線位移
或載荷單位變化的被評估對象的對應關系、同其他向量的同編號的元素同該被評
估對象的對應關系是相同的;ditk與被評估對象初始損傷向量do的元素編號規則
相同,ditk的元素與do的元素是一一對應關系。將Citk、Cio、ΔCi、ditk帶入式(1),
得到一個線性關系誤差向量eik,每一次計算得到一個線性關系誤差向量eik;eik
的下標k表示第k(k=1,2,3,……,N)個被評估對象增加單位損傷或單位線位移或
載荷單位變化。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
eik,將這N個線性關系誤差向量eik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ei。向量gi等于最終的
誤差向量ei。將向量gi保存在運行健康監測系統軟件的計算機硬盤上,供健康監
測系統軟件使用。


第十步:定義當前名義損傷向量dic和當前實際損傷向量di,dic和di的元素
個數等于被評估對象的數量,dic和di的元素和被評估對象之間是一一對應關系,
dic和di的元素數值代表對應被評估對象的損傷程度或線位移量或載荷變化程度,
dic和di與被評估對象初始損傷向量do的元素編號規則相同,dic的元素、di的元
素與do的元素是一一對應關系。

第十一步:依據被監測量當前數值向量Ci同“被監測量當前初始數值向量
Cio”、“單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔCi”和“當前名義損傷向量dic”間存在
的近似線性關系,該近似線性關系可表達為式(2),按照多目標優化算法計算當
前名義損傷向量dic的非劣解,也就是帶有合理誤差、但可以比較準確地反映被
評估對象的健康狀態的變化的解。


可以采用多目標優化算法中的目標規劃法(GoalAttainmentMethod)求解式
(2)得到當前名義損傷向量dic,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。

第十二步:依據索系統當前實際損傷向量di的定義和其元素的定義計算得到
當前實際損傷向量di的每一個元素,從而可由di確定被評估對象的健康狀態。
當前實際損傷向量di的第k個元素dik表示第i次循環中第k個被評估對象的當
前實際健康狀態。

dik表示第i次循環中第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dik表示其當前實際損傷,dik為0時表示無
損傷,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
喪失相應比例的承載能力。

dik表示第i次循環中第k個被評估對象的當前實際健康狀態,如果該被評估
對象是一個支座的一個線位移分量,那么dik表示其當前實際線位移數值。

第十三步: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。

第十四步: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。

第十五步:建立標識向量Bi,如果標識向量Bi的元素全為0,則回到第六步
繼續進行對索系統的健康監測和計算;如果標識向量Bi的元素不全為0,則完成
后續步驟后,進入下一次循環。

第十六步:計算得到下一次(即第i+1次,i=1,2,3,4,…)循環所需的初始
損傷向量di+1o的每一個元素di+1ok(k=1,2,3,……,N);在初始力學計算基準模型
Ao的基礎上,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,再令索的健康狀況為di+1o后得到的就是下一次、即第i+1次
(i=1,2,3,4,…)循環所需的力學計算基準模型Ai+1;下一次(即第i+1次,i=1,
2,3,4,…)循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1o等于Tio。得到Ai+1、
di+1o和Ti+1o后,通過力學計算得到Ai+1中所有被監測量的、當前的具體數值,
這些具體數值組成下一次、即第i+1次循環所需的被監測量當前初始數值向量
Ci+1o。

第十七步:回到第六步,開始由第六步到第十七步的循環。

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本文標題:索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法.pdf
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