[发明专利]一种基于索力监测的索结构健康监测方法

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”。在索结构的服役过程中，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)会受损，同时索结构的支座也可能出现位移，这些变化对索结构的安全是一种威胁，本发明基于结构健康监测技术，基于索力监测来识别支座位移、识别索结构的索系统中的受损索、识别需调整索力的支承索，并给出具体的索长调整量，属工程结构健康监测领域。

背景技术

支座位移对索结构安全是一项重大威胁，同样的，索系统的损伤和松弛也将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支座位移、受损索和松弛索(即需调整索力的支承索)是非常必要的。

索结构出现支座位移、受损索和松弛索后会引起结构的可测量参数的变化，例如会引起索力的变化，实际上索力的变化包含了索结构的健康状态信息，也就是说可以利用结构索力数据判断结构的健康状态，可以基于索力监测(本发明将被监测的索力称为“被监测量”，后面提到“被监测量”就是指被监测的索力)来识别支座位移、受损索和松弛索。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种基于索力监测的索结构健康监测方法，在索结构支座出现位移的情况下、在有较多的索同步受损或松弛的条件下可以非常准确地监

测评估出索结构的健康状态(包括所有支座位移、所有松弛索和受损索的位置、及其松弛程度或损伤程度)。

技术方案：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三种情况：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；三是支承索并无损伤，但索结构支座有了位移(其中在重力方向的分量就被称为沉降)，也会引起结构内力的变化，当然也就会引起索力的变化。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。

设索的数量和支座位移分量的数量之和为N。为叙述方便起见，本发明统一称被评估的索和支座位移为“被评估对象”，给被评估对象连续编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本发明用用变量i表示这一编号，i＝1，2，3，...，N，因此可以说有N个被评估对象。

设索系统中共有Q根支承索，结构索力数据包括这Q根支承索的索力，显然Q小于被评估对象的数量N。仅仅通过Q个支承索的Q个索力数据来求解未知的N个被评估对象的状态是不可能的，本发明在监测全部Q根支承索索力的基础上，增加对不少于(N-Q)个其他被监测量。

增加的不少于(N-Q)个的其他被监测量仍然是索力，叙述如下：

在结构上人为增加M₂(M₂不小于N-Q)根索，新增加的M₂根索的刚度同索结构的任意一根支承索的刚度相比，可以小很多，例如小10倍，新增加的M₂根索的索力应当较小，例如其横截面正应力应当小于其疲劳极限，这些要求可以保证新增加的M₂根索不会发生疲劳损伤，新增加的M₂根索的两端应当充分锚固，保证不会出现松弛，新增加的M₂根索应当得到充分的防腐蚀保护，保证新增加的M₂根索不会发生损伤和松弛，在结构健康监测过程中将监测这新增加的M₂根索的索力。

综合上述被监测量，整个结构共有M(M＝Q+M₂)根索的M个被监测量，M不得小于被评估对象的数量N。

为方便起见，在本发明中将“结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”。给M个被监测量连续编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。

本发明由两大部分组成。分别是：一、建立用于识别支座位移、受损索和松弛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)、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的支座位移、受损索和松弛索的方法。二、健康监测系统的软件和硬件部分。