[发明专利]温度变化空间坐标监测的受损索和支座广义位移识别方法

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，为方便起见本方法将该类结构表述为“索结构”。随着环境温度的变化，索结构的温度也会发生变化，在索结构温度发生变化时，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，本方法基于空间坐标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，本方法中用“支承索”这一名词指称所有承载索及所有起支承作用的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）和支座广义位移，属工程结构健康监测领域。

背景技术

支承索受损和支座发生广义位移对索结构安全是一项重大威胁，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。当支座出现位移时、或索系统的健康状态发生变化（例如发生损伤）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和受损索。本方法基于空间坐标监测（本方法将被监测的空间坐标称为“被监测量”）来识别受损索和支座广义位移。被监测量除了受索系统健康状态和支座广义位移的影响外，还会受索结构温度变化（常常会发生）的影响，在索结构温度发生变化的条件下，如果能够基于对被监测量的监测来实现对有健康问题的支承索和支座广义位移的识别，对索结构的安全具有重要的价值，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。

发明内容

技术问题：本方法公开了一种基于空间坐标监测的、能够合理有效地识别支座广义位移和受损索的健康监测方法。

技术方案：本方法由三部分组成。分别是建立结构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）和实测被监测量的结构健康状态评估方法、健康监测系统的软件和硬件部分。

设索结构的支承索的数量和索结构的支座广义位移分量的数量之和为N。为叙述方便起见，本方法统一称被评估的支承索和支座广义位移为“被评估对象”，共有N个被评估对象。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。

设索系统中共有M₁根支承索。

“结构的全部被监测的空间坐标数据”由结构上K个指定点的、及每个指定点的L个指定方向的空间坐标来描述，结构空间坐标数据的变化就是K个指定点的所有空间坐标分量的变化。每次共有M(M＝K×L）个空间坐标测量值或计算值来表征结构空间坐标信息。K和M不得小于N。

综合上述被监测量，整个索结构共有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，在本方法中将“索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。本方法用用变量j表示这一编号，j＝1,2,3,…,M。

本方法的第一部分：建立结构健康监测系统所需的知识库和参量的方法。具体如下：