0時所有支承索 的長度、索力為〇時所有支承索的橫截面面積以及索力為〇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(guī)則與初始索力向量F。的元素的編號規(guī)則相同；在實測得到T。的 同時，也就是在獲得初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的時刻的同一時刻，直接測量計算得 到初始索結構的實測數(shù)據(jù)，初始索結構的實測數(shù)據(jù)是包括索結構集中載荷測量數(shù)據(jù)、索結 構分布載荷測量數(shù)據(jù)、索結構體積載荷測量數(shù)據(jù)、所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值、所有支承索的 初始索力數(shù)據(jù)、初始索結構模態(tài)數(shù)據(jù)、初始索結構應變數(shù)據(jù)、初始索結構幾何數(shù)據(jù)、初始索 結構支座廣義坐標數(shù)據(jù)、初始索結構角度數(shù)據(jù)、初始索結構空間坐標數(shù)據(jù)在內的實測數(shù)據(jù)， 初始索結構支座廣義坐標數(shù)據(jù)包括初始索結構支座空間坐標數(shù)據(jù)和初始索結構支座角坐 標數(shù)據(jù)，在得到初始索結構的實測數(shù)據(jù)的同時，測量計算得到包括支承索的無損檢測數(shù)據(jù) 在內的能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，此時的能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)稱為 支承索初始健康狀態(tài)數(shù)據(jù)；所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值組成被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。，被監(jiān) 測量初始數(shù)值向量C。的編號規(guī)則與M個被監(jiān)測量的編號規(guī)則相同；利用支承索初始健康狀 態(tài)數(shù)據(jù)以及索結構載荷測量數(shù)據(jù)建立被評估對象初始損傷向量d。，向量d。表示用初始力學 計算基準模型A。表示的索結構的被評估對象的初始健康狀態(tài)；被評估對象初始損傷向量d。 的元素個數(shù)等于N，d。的元素與被評估對象是--對應關系，向量d。的元素的編號規(guī)則與被 評估對象的編號規(guī)則相同；如果d。的某一個元素對應的被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承 索，那么d。的該元素的數(shù)值代表對應支承索的初始損傷程度，若該元素的數(shù)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(shù)值為100%，則表示該元素所對應的支 承索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)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d。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d。的該 元素數(shù)值為0,代表這個載荷的變化的初始數(shù)值為0 ;如果沒有支承索的無損檢測數(shù)據(jù)及其 他能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，或者可以認為結構初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài) 時，向量d。中與支承索相關的各元素數(shù)值取0 ;初始索結構支座角坐標數(shù)據(jù)組成初始索結 構支座角坐標向量U。； d. 根據(jù)索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數(shù)據(jù)、支承索初始健康狀態(tài)數(shù)據(jù)、 索結構集中載荷測量數(shù)據(jù)、索結構分布載荷測量數(shù)據(jù)、索結構體積載荷測量數(shù)據(jù)、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(shù)、初始索結構支座角坐標向量U。、初 始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。和前面步驟得到的所有的索結構數(shù)據(jù)，建立計入"索結構穩(wěn) 態(tài)溫度數(shù)據(jù)"的索結構的初始力學計算基準模型A。，基于A。計算得到的索結構計算數(shù)據(jù)必 須非常接近其實測數(shù)據(jù)，其間的差異不得大于5% ;對應于A。的"索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"就 是"初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。" ;對應于A。的被評估對象健康狀態(tài)用被評估對象初 始損傷向量d。表示；對應于A。的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值用被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。表 示；第一次建立計入"索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"的索結構的當前初始力學計算基準模型A1。、被 監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。和"當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T;第一次建立索結 構的當前初始力學計算基準模型和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C\時，索結構的當前初 始力學計算基準模型就等于索結構的初始力學計算基準模型A。，被監(jiān)測量當前初始數(shù) 值向量C1。就等于被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。洫\對應的"索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"稱為"當前 初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"，記為"當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量IV'，第一次建立索結 構的當前初始力學計算基準模型時，r。就等于T。;對應于索結構的當前初始力學計算基 準模型的索結構支座角坐標數(shù)據(jù)組成當前初始索結構支座角坐標向量UV第一次建立 索結構的當前初始力學計算基準模型時，U\就等于U\的被評估對象的初始健康狀 態(tài)與A。的被評估對象的健康狀態(tài)相同，也用被評估對象初始損傷向量d。表示，在后面的循 環(huán)過程中的被評估對象的初始健康狀態(tài)始終用被評估對象初始損傷向量d。表示；T。、U。 和d。是A。的參數(shù)，由A。的力學計算結果得到的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值與C。表示的所有 被監(jiān)測量的初始數(shù)值相同，因此也可以說C。由A。的力學計算結果組成；TVU1。和d。是A\ 的參數(shù)，C。由A\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(huán)；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(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"的當前數(shù)據(jù)，"索結構穩(wěn) 態(tài)溫度數(shù)據(jù)"的當前數(shù)據(jù)稱為"當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)"，記為"當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù) 向量f"，向量f的定義方式與向量T。的定義方式相同；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度 數(shù)據(jù)向量I"的同一時刻，實測得到索結構支座角坐標當前數(shù)據(jù)，所有索結構支座角坐標當 前數(shù)據(jù)組成當前索結構實測支座角坐標向量u\向量m的定義方式與向量U。的定義方式相 同；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"的同一時刻，實測得到索結構中所有M:根 支承索的索力數(shù)據(jù)，所有這些索力數(shù)據(jù)組成當前索力向量F，向量F的元素與向量F。的元素 的編號規(guī)則相同；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"的同一時刻，實測計算得到 所有乂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(shù)據(jù)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(guī)則與初始 索力向量F。的元素的編號規(guī)則相同； f. 根據(jù)當前索結構實測支座角坐標向量Ut和當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T\按照步 驟fl至f3更新當前初始力學計算基準模型A1。、當前初始索結構支座角坐標向量U1。、被監(jiān) 測量當前初始數(shù)值向量C1。和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。 n.分別比較卬與Ut。、f與Tt。，如果卬等于Ut。且Tt等于Tt。，則At。、Ut。、Ct。和Tt。保 持不變，否則需要按下列步驟對#。、卬。、C。和T\進行更新； f2.計算卬與U。的差，U1與U。的差就是索結構支座關于初始位置的支座角位移，用支 座角位移向量V表示支座角位移，V等于卬減去U。，支座角位移向量V中的元素與支座角位 移分量之間是一一對應關系，支座角位移向量V中一個元素的數(shù)值對應于一個指定支座的 一個指定方向的角位移；計算I"與T。的差，T1與T。的差就是當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關于 初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化，T1與T。的差用穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S表示，S等于T1減去 T。，S表示索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化； f3.先對A。中的索結構支座施加支座角位移約束，支座角位移約束的數(shù)值就取自支座 角位移向量V中對應元素的數(shù)值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數(shù) 值就取自穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S，對A。中索結構支座施加支座角位移約束且對A。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#。，更新的同時，U\所有元 素數(shù)值也用Ut所有元素數(shù)值對應代替，即更新了Ut。，!"。所有元素數(shù)值也用f的所有元素數(shù) 值對應代替，即更新了I"。，這樣就得到了正確地對應于的T\和U。更新C\的方法是： 當更新虼后，通過力學計算得到A\中所有被監(jiān)測量的、當前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組 成C^A\的支承索的初始健康狀態(tài)始終用被評估對象初始損傷向量d。表示； g. 在當前初始力學計算基準模型的基礎上按照步驟gl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(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC和被評估對象單位變化向量Du; gl.索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當前初始力 學計算基準模型A1。、當前初始索結構支座角坐標向量U1。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。 和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"。之后，必須接著更新索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù) 值變化矩陣△C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的基礎上進行若干次力學計算，計算次 數(shù)數(shù)值上等于所有被評估對象的數(shù)量N，有N個評估對象就有N次計算；依據(jù)被評估對象的 編號規(guī)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(tǒng)中的一根支承索， 那么就假設該支承索在向量d。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d。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，D&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(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)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(jiān)測量的當前計算 值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前計算值組成一個被監(jiān)測量計算當前向量，被監(jiān) 測量計算當前向量的元素編號規(guī)則與被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的元素編號規(guī)則相同； g3.每一次計算得到的被監(jiān)測量計算當前向量減去被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。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(shù)值，得到一個被監(jiān)測量單位變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量單位變化向 量； g4.由這N個被監(jiān)測量單位變化向量按照N個被評估對象的編號規(guī)則，依次組成有N列的索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC;索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣 AC的每一列對應于一個被監(jiān)測量單位變化向量；索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣 AC的每一行對應于同一個被監(jiān)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(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC的列的編號規(guī)則與向量 d。的元素的編號規(guī)則相同，索結構單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC的行的編號規(guī)則與 M個被監(jiān)測量的編號規(guī)則相同； h. 在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量f的同時，實測得到在獲得當前索結構穩(wěn) 態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"的時刻的同一時刻的索結構的所有被監(jiān)測量的當前實測數(shù)值，組成被監(jiān) 測量當前數(shù)值向量C;被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。與被監(jiān)測 量初始數(shù)值向量C。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(jiān)測量在不同 時刻的具體數(shù)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(shù) 等于被評估對象的數(shù)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-- 對應關系，被評估對象當前名義損傷向量d的元素數(shù)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(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同； j. 依據(jù)被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C同被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。、索結構單位損傷 被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△C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=Co+AC?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(shù) 等于被評估對象的數(shù)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(shù)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(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)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d\同被評估對象初 始損傷向量d。的第k個元素d&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，d\表示第k個被評估對象的當前實際健康狀態(tài)，dak為0 時表示第k個被評估對象無健康問題，d\數(shù)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(tǒng)中的一根支承索，那么d\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，d\數(shù)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(shù)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(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量f條件下的、在第1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(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"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(wěn)態(tài)溫度 數(shù)據(jù)向量T。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F。，利用當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量f表示的支承索 當前穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，利用在第c步獲得的在初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。表示的支承索 初始穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，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(shù)，計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數(shù)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(shù)、密度及材料的 力學特性參數(shù)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(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)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(xiàn)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(tǒng)稱為有健康問題的支承索，簡稱為問題索，所以，本方法根據(jù)被評估對象當前實際損 傷向量da既能夠識別出問題索，也能夠確定有哪些載荷發(fā)生了變化及其變化的數(shù)值；至此 本方法實現(xiàn)了剔除支座角位移、載荷變化和結構溫度變化的影響的、索結構的問題索識別， 同時實現(xiàn)了剔除支座角位移、結構溫度變化和支承索健康狀態(tài)變化影響的、載荷變化量的 識別； n. 回到第e步，開始由第e步到第n步的下一次循環(huán)。
【專利摘要】精簡角位移應變監(jiān)測問題索載荷識別方法基于應變監(jiān)測，通過監(jiān)測支座角位移、索結構溫度和環(huán)境溫度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，得到計入支座角位移、索結構溫度和環(huán)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(jiān)測量數(shù)值變化矩陣。依據(jù)被監(jiān)測量當前數(shù)值向量同被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量、單位損傷被監(jiān)測量數(shù)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(jù)此可以識別出核心被評估對象的健康狀態(tài)。
【IPC分類】G01K13/00, G01L5/00, G01M99/00, G01B21/22
【公開號】CN104990729
【申請?zhí)枴緾N201510437571
【發(fā)明人】韓玉林, 韓佳邑
【申請人】東南大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月23日