[发明专利]基于应变监测识别受损索松弛索支座广义位移的递进方法

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广义位移（例如支座广义位移指支座沿X、Y、Z轴的线位移及支座绕X、Y、Z轴的角位移；对应于支座广义位移，支座广义坐标指支座关于X、Y、Z轴的坐标及支座关于X、Y、Z轴的角坐标），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，基于应变监测、采用递进式方法来识别支座广义位移、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

支座广义位移对索结构安全是一项重大威胁，同样的，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支座广义位移和索结构的索系统中的受损索是一种极具潜力的方法。当支座出现广义位移时、或索系统的健康状态发生变化时、或者两种情况同时发生时，会引起结构的可测量参数的变化，例如会引起索力的变化，会影响索结构的变形或应变，会影响索结构的形状或空间坐标，会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），所有的这些变化都包含了索系统的健康状态信息，实际上这些可测量参数的变化包含了索系统的健康状态信息、包含了支座广义位移信息，也就是说可以利用结构的可测量参数来识别支座广义位移、受损索和松弛索。

为了能对索结构的索系统的健康状态和支座广义位移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可测量参数的变化同支座广义位移和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支座广义位移评估和索系统的健康评估。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种基于应变监测的、采用递进式方法的、能够合理有效地识别支座广义位移、受损索和松弛索的健康监测方法。

技术方案：设索的数量和支座广义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广义位移为“被评估对象”，给被评估对象连续编号，本发明用用变量j表示这一编号，j=1,2,3,…, N，因此可以说有N个被评估对象。

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，但索结构支座有了广义位移，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。

本发明由两大部分组成。分别是：一、建立被评估对象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）和实测索结构的应变（或变形）的被评估对象健康状态评估方法；二、健康监测系统的软件和硬件部分。

本发明的第一部分：建立用于被评估对象健康监测的知识库和参量的方法。可按如下步骤依次循环往复地、递进式进行：

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被评估对象初始健康状态向量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。