[发明专利]有支座沉降时的基于角度监测的索系统的健康监测方法

权利要求书

1.一种有支座沉降时的基于角度监测的索系统的健康监测方法，其特征在于所述方法包括：

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.确定指定的被测量点，给所有测量点编号；确定过每一测量点的被测量直线，给所有指定的被测量直线编号；确定每一被测量直线的被测量的角度坐标分量，给所有被测量角度坐标分量编号；上述编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；“结构的全部被监测的角度数据”由上述所有被测量角度坐标分量组成；为方便起见，在本发明中将“结构的被监测的角度数据”简称为“被监测量”；测量点的数量不得小于索的数量；所有被测量角度坐标分量的数量之和不得小于索的数量；

c.直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量初始向量C_o；在实测得到被监测量初始向量C_o的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据、结构的初始几何数据和初始索结构支座坐标数据，初始索结构支座坐标数据组成初始索结构支座坐标向量U_o；

d.根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据、索的无损检测数据和初始索结构支座坐标向量U_o建立索结构的初始力学计算基准模型A_o并第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o，索结构的实测数据至少包括索结构的所有索的初始索力数据、初始索结构支座坐标数据和索结构的初始几何数据；第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o时，索结构的当前力学计算基准模型A^t_o就等于索结构的初始力学计算基准模型A_o；对应于索结构的当前力学计算基准模型A^t_o的索结构支座坐标数据组成当前索结构支座坐标向量U^t_o，第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o时，U^t_o就等于U_o；

e.从这里进入由第e步到第k步的循环；在索结构服役过程中，不断实测得到索结构支座坐标当前数据，所有索结构支座坐标当前数据组成当前索结构实测支座坐标向量U^t；

f.根据当前索结构实测支座坐标向量U^t，按照步骤f1至f2更新当前力学计算基准模型A^t_o和当前索结构支座坐标向量U^t_o；

f1.在步骤e中实测得到当前索结构实测支座坐标向量U^t后，比较U^t和U^t_o，如果U^t等于U^t₀，则A^t₀和U^t₀保持不变；

f2.在步骤e中实测得到当前索结构实测支座坐标向量U^t后，比较U^t和U^t_o，如果U^t不等于U^t_o，则需要对A^t_o和U^t_o进行更新，更新方法是：先计算U^t与U_o的差，U^t与U_o的差就是索结构支座关于初始位置的当前支座位移，用支座位移向量V表示支座位移，支座位移向量V中的元素与支座位移分量之间是一一对应关系，支座位移向量V中一个元素的数值对应于一个指定支座的一个指定方向的位移，其中支座位移在重力方向的分量就是支座沉降量；更新A^t_o的方法是对A_o中的索结构支座施加当前支座位移约束，当前支座位移约束的数值就取自支座位移向量V中对应元素的数值，对A_o中的索结构支座施加支座位移约束后得到更新的当前力学计算基准模型A^t_o，更新A^t_o的同时，U^t_o所有元素数值也用第e步的U^t所有元素数值对应代替，即更新了U^t_o，这样就得到了正确地对应于A^t_o的U^t_o；

g.在当前力学计算基准模型A^t_o的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC和单位损伤标量D_u；

h.实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成被监测量的当前数值向量C；

i.定义索系统当前损伤向量d，索系统当前损伤向量d的元素个数等于索的数量，索系统当前损伤向量d的元素和索之间是一一对应关系，索系统当前损伤向量d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C同被监测量初始向量C_o、索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC、单位损伤标量D_u和待求的索系统当前损伤向量d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d外的其它量均为已知，求解式1就可以算出索系统当前损伤向量d；由于当前损伤向量d的元素数值代表对应索的损伤程度，所以根据当前损伤向量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；若当前索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；

C=Co+1DuΔC·d]]>式1

k.回到第e步，开始由第e步到第k步的下一次循环。

2.根据权利要求1所述的有支座沉降时的基于角度监测的索系统的健康监测方法，其特征在于在步骤g中，在当前力学计算基准模型A^t_o的基础上，通过若干次力学计算获得索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC和单位损伤标量D_u的具体方法为：

g1.索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC是不断更新的，即在更新当前力学计算基准模型A^t_o和当前索结构支座坐标向量U^t_o的同时，必须同时更新索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC和单位损伤标量D_u；

g2.在索结构的当前力学计算基准模型A^t_o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有单位损伤标量D_u，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，每一次计算得到索结构中所有被监测量的当前计算值，每一次计算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被监测量计算当前向量；

g3.每一次计算得到的被监测量计算当前向量减去被监测量初始向量得到一个被监测量变化向量；有N根索就有N个被监测量变化向量；

g4.由这N个被监测量变化向量依次组成有N列的索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC；索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC的每一列对应于一个被监测量变化向量。