[发明专利]空间坐标监测的识别受损索松弛索支座角位移的递进方法

摘要

空间坐标监测的识别受损索松弛索支座角位移的递进方法，考虑到了被监测量的当前数值向量同被监测量的初始数值向量、单位损伤被监测量变化矩阵和当前名义健康状态向量间的线性关系是近似的，为克服此缺陷，本发明给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成连续的一个个小区间，在每一个小区间内上述线性关系都是足够准确的，在每一个小区间内可以利用多目标优化算法等合适的算法快速识别出支座角位移、受损索和松弛索。

主权项

1.一种空间坐标监测的识别受损索松弛索支座角位移的递进方法，其特征在于所述方法包括：a. 为叙述方便起见，统一称被评估的支承索和支座角位移分量为被评估对象，设被评估的支承索的数量和支座角位移分量的数量之和为N，即被评估对象的数量为N；确定被评估对象的编号规则，按此规则将索结构中所有的被评估对象编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；用变量j表示这一编号，j=1,2,3,…, N；b. 确定指定的将被监测空间坐标的被测量点，给所有指定点编号；确定过每一测量点的将被监测的空间坐标分量，给所有被测量空间坐标分量编号；上述编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；“结构的全部被监测的空间坐标数据”由上述所有被测量空间坐标分量组成；为方便起见，将“结构的被监测的空间坐标数据”称为“被监测量”；测量点的数量不得小于索的数量；所有被测量空间坐标分量的数量之和不得小于N；c. 利用被评估对象的无损检测数据等能够表达被评估对象的健康状态的数据建立被评估对象初始健康状态向量dⁱ_o；如果没有被评估对象的无损检测数据时，向量dⁱ_o的各元素数值取0；向量dⁱ_o的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；本发明用i表示循环次数，i=1, 2, 3,……；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的初始健康状态向量dⁱ_o可以具体化为d¹_o；d. 在建立初始健康状态向量d¹_o的同时，直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量的初始数值向量Cⁱ_o；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的被监测量的初始数值向量Cⁱ_o可以具体化为C¹_o；在实测得到被监测量初始数值向量C¹_o的同时，实测得到索结构的初始几何数据和初始索结构支座坐标数据；直接测量计算得到所有支承索的初始索力，组成初始索力向量F_o；同时，依据结构设计数据、竣工数据得到所有支承索的初始自由长度，组成初始自由长度向量l_o；向量F_o和向量l_o是不变的；同时，实测或根据结构设计、竣工资料得到所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积；e. 根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据、索的无损检测数据和初始索结构支座坐标数据建立索结构的力学计算基准模型Aⁱ；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的索结构的力学计算基准模型Aⁱ可以具体化为A¹；f. 在力学计算基准模型Aⁱ的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“名义单位损伤向量Dⁱ_u”； g. 实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成“被监测量的当前数值向量Cⁱ”；给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，这样可以保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；实测得到索结构的所有支承索的当前索力，组成当前索力向量Fⁱ；实测计算得到所有支承索的两个支承端点的空间坐标，两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支承端点水平距离；h. 定义当前名义健康状态向量dⁱ_c和当前实际健康状态向量d ⁱ，两个损伤向量的元素个数等于被评估对象的数量，当前名义健康状态向量dⁱ_c的元素数值代表对应被评估对象的当前名义损伤程度或支座角位移，当前实际健康状态向量d ⁱ的元素数值代表对应被评估对象的当前实际损伤程度或支座角位移，两个损伤向量的元素的元素个数等于被评估对象的数量，两个损伤向量的元素和被评估对象之间是一一对应关系，两个损伤向量的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；i. 依据“被监测量的当前数值向量Cⁱ”同“被监测量的初始数值向量Cⁱ_o”、“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“当前名义健康状态向量dⁱ_c”间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式1，式1中除dⁱ_c外的其它量均为已知，求解式1就可以算出当前名义健康状态向量dⁱ_c；式1j. 利用式2表达的当前实际健康状态向量dⁱ同初始损伤向量dⁱ_o和当前名义健康状态向量dⁱ_c的元素间的关系，计算得到当前实际健康状态向量d ⁱ的所有元素；式2式2中j=1,2,3,……,N；当前实际健康状态向量d ⁱ的元素数值代表对应被评估对象的实际损伤程度或实际支座角位移，根据当前实际健康状态向量dⁱ就能确定有哪些索受损及其损伤程度，就能确定实际支座角位移；若当前实际健康状态向量的某一元素对应于是索系统中的一根索，且其数值为0，表示该元素所对应的索是完好的，没有损伤或松弛的的，若其数值为100%，则表示该元素所对应的索已经完全丧失承载能力，若其数值介于0和100%之间，则表示该索丧失了相应比例的承载能力；如果当前实际健康状态向量的某一元素对应于一个支座的一个角位移分量，那么dⁱ_j表示其当前角位移数值；k. 从第j步中识别出的有问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的就是松弛索。l. 利用在第j步获得的当前实际虚拟损伤向量dⁱ得到松弛索的当前实际虚拟损伤程度，利用在第g步获得的当前索力向量Fⁱ，利用在第g步获得的所有支承索的两个支承端点的水平距离，利用在第d步获得的初始自由长度向量l_o，利用在第d步获得的所有索的弹性模量、密度、初始横截面面积数据，通过将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际虚拟损伤程度等效的松弛程度，等效的力学条件是：一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、密度及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损伤索的索力和变形后的总长相同；满足上述两个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受损索后，索结构不会发生任何变化，反之亦然；依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由长度的改变量，也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长调整量；这样就实现了支承索的松弛识别；计算时所需索力由当前索力向量Fⁱ对应元素给出；m. 在求得当前名义健康状态向量dⁱ_c后，按照式3建立标识向量Bⁱ，式4给出了标识向量Bⁱ的第j个元素的定义；式3式4式4中元素Bⁱ_j是标识向量Bⁱ的第j个元素，Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是当前名义健康状态向量dⁱ_c的第j个元素，它们都表示第j个被评估对象的相关信息，式4中j=1, 2, 3,……,N；n．如果标识向量Bⁱ的元素全为0，则回到第g步继续本次循环；如果标识向量Fⁱ的元素不全为0，则进入下一步、即第o步；o. 根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的初始损伤向量dⁱ⁺¹_o的每一个元素dⁱ⁺¹_oj； 式5式5中Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是当前名义健康状态向量d ⁱ_c的第j个元素，Fⁱ_j是标识向量Fⁱ的第j个元素，式5中j=1, 2, 3,……,N；向量dⁱ⁺¹_o的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；p. 在力学计算基准模型Aⁱ的基础上，令被评估对象的健康状况为dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型Aⁱ⁺¹；q. 通过对力学计算基准模型Aⁱ⁺¹的计算得到对应于模型Aⁱ⁺¹的结构的所有被监测应变的点的、将被监测的应变方向的应变数值，这些数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量的初始数值向量Cⁱ⁺¹_o；r. 回到第f步，开始下一次循环。