[发明专利]有支座沉降时基于角度监测的索系统的递进式健康监测方法

说明书

技术领域

斜拉桥、悬索桥、桁架结构等结构有一个共同点，就是它们有许多承受拉伸载荷 的部件，如斜拉索、主缆、吊索、拉杆等等，该类结构的共同点是以索、缆或仅承受 拉伸载荷的杆件为支承部件，为方便起见本发明将该类结构表述为“索结构”。在有 支座沉降时，本发明公开了一种递进式方法、基于角度监测来识别索结构的支承系统 (指所有承载索、及所有起支承作用的仅承受拉伸载荷的杆件，为方便起见，本专利 将该类结构的全部支承部件统一称为“索系统”，但实际上索系统不仅仅指支承索， 也包括仅承受拉伸载荷的杆件)中的受损索(对桁架结构就是指受损的仅承受拉伸载 荷的杆件)的方法，属工程结构健康监测领域。

背景技术

索系统通常是索结构的关键组成部分，它的失效常常带来整个结构的失效，基 于结构健康监测技术来识别索结构的索系统中的受损索(如前所述也指仅承受拉伸载 荷的杆件)是一种极具潜力的方法。索系统的健康状态发生变化后，会引起结构的可 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)，实际上结构角度的变化包含了索系统的 健康状态信息，也就是说可以利用结构角度数据判断结构的健康状态，可以基于角度 监测(本发明将被监测的角度数据称为“被监测量”，后面提到“被监测量”就是指 被监测的角度数据)来识别受损索，被监测量除了受索系统健康状态的影响外，还会 受索结构支座沉降(常常会发生)的影响，目前还没有一种公开的、有效的健康监测 系统和方法解决了此问题。

在有支座沉降时，为了能对索结构的索系统的健康状态有可靠的监测和判断，必 须有一个能够合理有效的建立索结构的角度数据的变化同索系统中所有索的健康状 况间的关系的方法，基于该方法建立的健康监测系统可以给出更可信的索系统的健康 评估。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在索结构支座有沉降时，针对索结构中索系统的健康 监测问题，提供一种有支座沉降时基于角度监测的索系统的递进式健康监测方法。

技术方案：本发明由两大部分组成。分别是：一、建立索系统健康监测系统所需 的知识库和参量的方法，以及基于知识库(含参量)和实测索结构的角度及实测索结 构支座坐标的索系统递进式健康状态评估方法；二、健康监测系统的软件和硬 件部分。

本发明的第一部分：建立索系统健康监测系统所需的知识库和参量的方法，以及 基于知识库(含参量)和实测索结构的角度及实测索结构支座坐标的索系统递进式健 康状态评估方法。可按如下步骤依次循环往复地、递进式进行，以获得更准确的索系 统的健康状态评估。

第一步：每一次循环开始时，首先需要建立或已建立本次循环开始时的索系统初 始损伤向量d_oⁱ(i＝1，2，3，…)、建立索结构的初始力学计算基准模型A_o(例如有限元 基准模型，在本发明中A_o是不变的)、建立索结构的当前力学计算基准模型A^ti_o(例 如有限元基准模型，在每一次循环中A^ti_o是不断更新的)、建立索结构的力学计算基 准模型Aⁱ(例如有限元基准模型，i＝1，2，3，…)。字母i除了明显地表示步骤编号的地 方外，在本发明中字母i仅表示循环次数，即第i次循环。

设索系统中共有N根索，第i次循环开始时需要的索系统初始损伤向量记为d_oⁱ(如式(1)所示)，用d_oⁱ表示该次循环开始时索结构(用力学计算基准模型Aⁱ表示) 的索系统的健康状态。