[发明专利]基于索力监测识别受损索支座广义位移的健康监测方法

摘要

基于索力监测识别受损索支座广义位移的健康监测方法基于索力监测，即对全部支承索和人为增加的索的索力进行监测，根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据等建立索结构的力学计算基准模型，在力学计算基准模型的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得索结构被监测量单位变化矩阵；依据被监测量的当前数值向量同被监测量初始向量、索结构被监测量单位变化矩阵和待求的被评估对象当前状态向量间存在的近似线性关系，可以利用多目标优化算法等合适的算法快速识别出支座广义位移和受损索。

主权项

一种基于索力监测识别受损索支座广义位移的健康监测方法，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广义位移分量为被评估对象，设被评估的支承索的数量和支座广义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i表示这一编号，i＝1，2，3，...，N；b.设索系统中共有M1根支承索，结构索力数据包括这M1根支承索的索力，显然M1小于被评估对象的数量N；仅仅通过M1个支承索的M1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，在监测全部M1根支承索索力的基础上，在结构上人为增加M2根索，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根索的M个索力被监测，即有M个被监测量，其中M为M1与M2之和；M不得小于被评估对象的数量N；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，应当小得多；新增加的M2根索的索力应当比索结构的任意一根支承索的索力小得多，这样可以保证即使这新增加的M2根索出现了损伤或松弛，对索结构其他构件的应力、应变、变形的影响微乎其微；新增加的M2根索的横截面上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；为方便起见，在本方法中将“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，用变量j表示这一编号，j＝1，2，3，...，M，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；c.直接测量计算得到索结构的所有M个被监测量的初始数值，组成被监测量初始向量Co；在实测得到被监测量初始向量Co的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据、结构的初始几何数据和初始索结构支座广义坐标数据；支座广义坐标包括线量和角量两种；d.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广义坐标数据建立索结构的力学计算基准模型Ao；e.在力学计算基准模型Ao的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得索结构被监测量单位变化矩阵ΔC；f.在结构健康监测过程中，对新增加的M2根索进行无损检测，从中鉴别出出现损伤或松弛的索；g.依据被监测量编号规则，从被监测量初始向量Co中去除步骤f中鉴别出的出现损伤或松弛的索对应的元素；h.依据被监测量编号规则，从索结构被监测量单位变化矩阵ΔC中去除步骤f中鉴别出的出现损伤或松弛的索对应的行；i.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C，然后从被监测量的当前数值向量C中去除步骤f中鉴别出的出现损伤或松弛的索对应的元素；j.定义被评估对象当前状态向量d，被评估对象当前状态向量d的元素个数等于被评估对象的数量，被评估对象当前状态向量d的元素和被评估对象之间是一一对应关系，被评估对象当前状态向量d的元素数值代表对应被评估对象的损伤程度或广义位移；k.依据被监测量的当前数值向量C同被监测量初始向量Co、索结构被监测量单位变化矩阵ΔC和待求的被评估对象当前状态向量d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d外的其它量均为已知，求解式1就可以算出被评估对象当前状态向量d；由于被评估对象当前状态向量d的元素数值代表对应被评估对象的损伤程度或广义位移，所以根据被评估对象当前状态向量确定有哪些索受损及其损伤程度，可以确定支座广义位移，即实现了支座广义位移的评估和索结构中索系统的健康状态评估；C＝Co+ΔC·d                    式1