[发明专利]支座广义位移时基于角度监测的识别松弛索的方法

说明书

技术领域

在有支座广义位移（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）时，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），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，还会受索结构支座广义位移（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。因此可以基于被监测量监测来识别需调整索力的索，这样在支座广义位移时，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：本发明的目的是在索结构支座有广义位移时，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，但索结构支座有了旋转，也会引起结构内力的变化，当然也就会引起索力的变化。本发明的主要目的之一就是在支座广义位移时，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：本发明由两大部分组成。分别是：一、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）、基于实测索结构支座广义位移的、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法。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）、基于实测索结构支座广义位移的、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的需调整索力的支承索的方法。可按如下方法进行，以获得更准确的索系统的健康状态评估。

第一步：首先建立索系统初始虚拟损伤向量d_o（因为支承索实际上可能是松弛而没有损伤，为表示区别，这里称“虚拟损伤”，后同）、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）。

设索系统中共有N根索，索系统“初始虚拟损伤向量记为d_o”（如式（1）所示），用d_o表示索结构（用索结构的初始力学计算基准模型A_o表示）的索系统的健康状态。

                 (1)