[发明专利]基于应变监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法

权利要求书

1.一种基于应变监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法，其特征是该方法包括：

a.设共有N根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；

b.确定指定的将被监测应变的索结构上的点，给这些点编号，确定将被监测应变的点的、将被监测的应变方向，并编号，上述点编号、应变方向编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵，上述所有的被监测量的个数之和不得小于索的数量；

c.利用索的无损检测数据或其他能够表达索的健康状态的数据建立索系统初始损伤向量d¹_o；如果没有索的无损检测数据或其他能够表达索的健康状态的数据时，或者认为索结构初始状态为无损伤状态时，向量d¹_o的各元素数值取0；

d.在建立索系统初始损伤向量d¹_o的同时，直接测量计算得到索结构的所有的被监测量，组成“被监测量的初始数值向量C¹_o”；

e.在建立索系统初始损伤向量d¹_o和被监测量的初始数值向量C¹_o的同时，实测得到索结构的实测数据即所有索的初始索力数据和初始几何数据；

f.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的上述实测数据，建立索结构的力学计算模型，基于该模型计算所得的计算数据同上述实测数据越接近越好，其间的差异不得大于5％，此时该模型被称为结构的力学计算基准模型A¹；

g.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“名义单位损伤向量Dⁱ_u”；其中i表示循环次数，i＝1，2，3，......；

h.实测得到索结构的所有的被监测量的当前实测数值，组成“被监测量的当前数值向量Cⁱ”；给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；

i.定义索系统当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ，当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ的元素个数等于索的数量，当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ的元素和索之间是一一对应关系，当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ的元素数值代表对应索的损伤程度或健康状态；

j.依据“被监测量的当前数值向量Cⁱ”同“被监测量的初始数值向量Cⁱ_o”、“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“当前名义损伤向量dⁱ_c”间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式1，式1中除dⁱ_c外的其它量均为已知，求解式1就可以算出当前名义损伤向量dⁱ_c：

式1

k.利用式2表达的当前实际损伤向量dⁱ同初始损伤向量dⁱ_o和当前名义损伤向量dⁱ_c的元素间的关系，计算得到当前实际损伤向量dⁱ的所有元素：

式2

式2中j＝1，2，3，……，N；

由于当前实际损伤向量dⁱ的元素数值代表对应索的损伤程度，所以根据当前实际损伤向量dⁱ就能确定有哪些索受损及其损伤程度，即实现了索结构中索系统的健康监测；若当前实际损伤向量的某一元素的数值为0，表示该元素所对应的索是完好的，没有损伤的；若其数值为100％，则表示该元素所对应的索已经完全丧失承载能力；若其数值介于0和100％之间，则表示该索丧 失了相应比例的承载能力；

1.在求得当前名义损伤向量dⁱ_c后，按照式3建立标识向量Fⁱ，式4给出了标识向量Fⁱ的第j个元素的定义

式3

式4

式4中元素Fⁱ_j是标识向量Fⁱ的第j个元素，Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是索系统当前名义损伤向量dⁱ_c的第j个元素，它们都表示第j根索的相关信息，式4中j＝1，2，3，……，N；

m.如果标识向量Fⁱ的元素全为0，则回到第h步继续本次循环；如果标识向量Fⁱ的元素不全为0，则进入下一步、即第n步；

n.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的初始损伤向量dⁱ⁺¹_o的每一个元素dⁱ⁺¹_oj；

式5

式5中Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是索系统当前名义损伤向量dⁱ_c的第j个元素，Fⁱ_j是标识向量Fⁱ的第j个元素，式5中j＝1，2，3，……，N；

o.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上，令索的健康状况为dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型Aⁱ⁺¹；

p.通过对力学计算基准模型Aⁱ⁺¹的计算得到对应于模型Aⁱ⁺¹的索结构的所有被监测应变的点的、将被监测的应变方向的应变数值，这些数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量的初始数值向量Cⁱ⁺¹_o；

q.回到第g步，开始下一次循环。

2.根据权利要求1所述的基于应变监测的索结构中索系统的递进式健康监测方法，其特征在于在步骤g中，获得“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”的方法为：

g1.在结构的力学计算基准模型Aⁱ的基础上进行若干次力学计算，计算次数数值上等于所有索的数量，有N根索就有N次计算，每一次计算假设索系统中只有一根索在原有损伤的基础上再增加单位损伤，每一次计算中出现损伤的索不同于其它次计算中出现损伤的索，并且每一次假定有损伤的索的单位损伤值不同于其他索的单位损伤值，用“名义单位损伤向量Dⁱ_u”记录所有索的假定的单位损伤，每一次计算得到索结构中所有的被监测量的当前数值，每一次计算得到的所有的被监测量的当前数值组成一个“被监测量的计算当前数值向量”；当假设第j根索有单位损伤时，可用Cⁱ_tj表示对应的“被监测量的计算当前数值向量”；在本步骤中给各向量的元素编号时，应同本发明中其它向量使用同一编号规则，这样可以保证本步骤中各向量中的任意一个元素，同其它向量中的、编号相同的元素，表达了同一被监测量或同一对象的相关信息；

g2.每一次计算得到的那个“被监测量的计算当前数值向量Cⁱ_tj”减去“被监测量的初始数值向量Cⁱ_o”得到一个向量，再将该向量的每一个元素都除以本次计算中假定的单位损伤值后得到一个“被监测量的数值变化向量δCⁱ_j”；有N根索就有N个“被监测量的数值变化向量”；

g3.由这N个“被监测量的数值变化向量”依次组成有N列的“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”；或者说“单位损伤被监测量数值变化矩阵”的每一列对应于一个“被监测量的数值变化向量”；“单位损伤被监测量数值变化矩阵”的列的编号规则与当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ的元素编号规则相同。