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索力監測受損索載荷線位移遞進式識別方法.pdf

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。

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監測 受損 載荷 位移 遞進 識別 方法
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