[发明专利]基于角度监测来识别需调整索力的支承索的方法

说明书

技术领域

本发明基于角度等量的监测来识别索支承结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的索系统(指所有支承索)中的需调整索力的支承索，并给出具体的索长调整量，属工程结构安全领域。

背景技术

索系统通常是索结构(特别是大型索结构，例如大型斜拉桥、悬索桥)的关键组成部分，由于松弛等原因，新结构竣工一段时间后支承索的索力通常会发生变化，结构长期服役后其支承索的松弛也会引起支承索索力的变化，这些变化都将引起结构内力的变化，对结构的安全造成不良影响，严重时将会引起结构的失效，因此准确及时地识别需调整索力的支承索是非常必要的。

支承索系统的健康状态发生变化(例如发生松弛、损伤等)后，除了会引起索力的变化外，还会引起结构的其它可测量参数的变化，例如引起过索结构的每一点的任意假想直线的角度坐标的变化(例如结构表面任意一点的切平面中的任意一根过该点的直线的角度坐标的变化，或者结构表面任意一点的法线的角度坐标的变化)，因此可以基于角度监测来识别需调整索力的索，这样就必须有一个能够合理有效的建立被监测量同所有索的特征参数间(具体根据索的特征参数来表征需调整索力的索)的关系的方法，基于该方法建立的需调整索力的支承索的识别结果才会更可信。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对索结构中索系统中的、需调整索力的支承索的识别问题，公开了一种基于角度等量的监测的、能够合理有效地识别需调整索力的支承索的结构健康监测方法。

依据支承索的索力变化的原因，可将支承索的索力变化分为两种情况：一是支承索受到了损伤，例如支承索出现了局部裂纹和锈蚀等等；二是支承索并无损伤，但索力也发生了变化，出现这种变化的主要原因之一是支承索自由状态(此时索张力也称索力为0)下的索长度(称为自由长度，本发明专指支承索两支承端点间的那段索的自由长度)发生了变化。本发明的主要目的之一就是要识别出自由长度发生了变化的支承索，并识别出它们的自由长度的改变量，此改变量为该索的索力调整提供了直接依据。支承索自由长度发生变化的原因不是单一的，为了方便，本发明将自由长度发生变化的支承索统称为松弛索。

技术方案：本发明由三大部分组成。分别是建立用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于角度等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法、用于识别索系统的需调整索力的支承索的结构健康监测系统的软件和硬件部分。

本发明的第一部分：建立用于识别索系统中的、需调整索力的支承索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法。可分为如下三个步骤：

1.建立索结构的力学计算基准模型(例如基准有限元模型)。根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据(包括结构角度数据、形状数据、索力数据、结构模态数据等实测数据，对斜拉桥、悬索桥而言是桥的角度数据、桥型数据、索力数据、桥的模态数据)，利用力学方法(例如有限元法)建立该结构的力学计算基准模型(例如基准有限元模型)，基于该计算基准模型计算得到的结构计算数据(对斜拉桥、悬索桥而言是桥的角度数据、桥型数据、索力数据、桥的模态数据等)必须非常接近其实测数据，误差一般不得大于5％。这样可保证在此计算基准模型上计算所得的模拟情况下的索力计算数据、角度计算数据和结构形状计算数据等，可靠地接近模拟情况真实发生时的实测数据。

下面先给出本发明所需的部分量的定义：

在本发明中用“初始”专指3种情况，分别是：A.索结构开始服役的那个时刻，此时支承索无松弛、无损伤，或可以假设其无松弛、无损伤；B.监测系统开始投入使用的那个时刻，经过检测已经确定此时支承索无松弛、无损伤，或可以假设其无松弛、无损伤；C.支承索无松弛、无损伤，或可以假设其无松弛、无损伤的那个时刻。总之“初始”是后续计算、评估的参照点、参照时刻、起始点和起始时刻。例如在本发明中提到A的初始B向量(这里A和B是代称)，就指在支承索松弛、无损伤(或假设此时支承索无松弛、无损伤)条件下，A的B向量(这里A和B是代称)。

在本发明中用“当前”专指在索结构服役一段时间后，在评估支承索的松弛和损伤的这一时刻，此时支承索可能有松弛、有损伤，也可能无松弛、无损伤，需要在评估后才能确定究竟有无松弛、有无损伤以及程度如何，本发明就是要提供这样一种评估方法。例如在本发明中提到A的当前B向量(这里A和B是代称)，就指在需要评估支承索松弛、损伤程度的那个时刻，A的B向量(这里A和B是代称)。