支座角位移溫度變化時索力監測的鬆弛索遞進式識別方法

2023-04-27 09:47:51 2

專利名稱：支座角位移溫度變化時索力監測的鬆弛索遞進式識別方法
技術領域：
斜拉橋、懸索橋、桁架結構等結構有一個共同點，就是它們有許多承受拉伸載荷的部件，如斜拉索、主纜、吊索、拉杆等等，該類結構的共同點是以索、纜或僅承受拉伸載荷的杆件為支承部件，為方便起見本方法將該類結構表述為「索結構」。隨著環境溫度的變化，索結構的溫度也會發生變化，在索結構溫度發生變化時，在有支座角位移(例如支座繞坐標軸X、Y、Z的轉動，實際上就是支座繞坐標軸X、Y、Z的角位移)時，本方法基於索力監測來識別索結構的支承系統(指所有承載索、及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的杆件，為方便起見，本專利將該類結構的全部支承部件統一稱為「索系統」，但實際上索系統不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的杆件，同樣為了方便，本方法中用「支承索」這一名詞指稱所有承載索及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的杆件，同樣為了方便，本方法中用「支承索」這一名詞指稱所有承載索及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的杆件)中的受損索和需調 整索力的支承索(對桁架結構就是指受損的僅承受拉伸載荷的杆件)，屬工程結構健康監測領域。
背景技術：
索系統通常是索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的關鍵組成部分，由於鬆弛等原因，新結構竣工一段時間後支承索的索力通常會發生變化，結構長期服役後其支承索的鬆弛也會引起支承索索力的變化，這些變化都將引起結構內力的變化，對結構的安全造成不良影響，嚴重時將會引起結構的失效，因此準確及時地識別需調整索力的支承索是非常必要的。索系統通常是索結構的關鍵組成部分，它的失效常常帶來整個結構的失效，基於結構健康監測技術來識別索結構的索系統中的受損索(如前所述也指僅承受拉伸載荷的杆件)是一種極具潛力的方法。索系統的健康狀態發生變化後，會引起結構的可測量參數的變化，例如會引起支承索索力的變化，實際上索力的變化包含了索系統的健康狀態信息，也就是說可以利用索力數據判斷結構的健康狀態，可以基於索力監測來識別受損索(本方法也稱之為有健康問題的支承索，指支承索受損、鬆弛或兼而有之)。本方法將被監測的索力稱為「被監測量」，後面提到「被監測量」就是指被監測的索力。被監測量除了受索系統健康狀態的影響外，還會受索結構溫度變化(常常會發生)和索結構支座角位移(沉降是角位移在重力方向的分量)的影響，在索結構溫度發生變化和索結構支座發生角位移的條件下，如果能夠基於對被監測量的監測來實現對有健康問題的支承索的識別，對索結構的安全具有重要的價值，目前還沒有一種公開的、有效的健康監測系統和方法解決了此問題。在索結構支座角位移溫度變化時，為了能對索結構的索系統的健康狀態有可靠的監測和判斷，必須有一個能夠合理有效的建立每一個被監測量變化同索系統中所有索的健康狀況間的關係的方法，基於該方法建立的健康監測系統可以給出更可信的索系統的健康評估。

發明內容
技術問題本方法的目的是在索結構支座角位移溫度變化時，針對索結構中索系統的健康監測問題，公開了一種基於索力監測的、能夠合理有效地監測索結構中索系統的健康監測方法。依據支承索的索力變化的原因，可將支承索的索力變化分為兩種情況一是支承索受到了損傷，例如支承索出現了局部裂紋和鏽蝕等等；二是支承索並無損傷，但索力也發生了變化，出現這種變化的主要原因之一是支承索自由狀態(此時索張力也稱索力為0)下的索長度(稱為自由長度，本方法專指支承索兩支承端點間的那段索的自由長度)發生了變化。本方法的主要目的之一就是要識別出自由長度發生了變化的支承索，並識別出它們的自由長度的改變量，此改變量為該索的索力調整提供了直接依據。支承索自由長度發生變化的原因不是單一的，為了方便，本方法將自由長度發生變化的支承索統稱為鬆弛索。在本方法中用索系統健康監測系統指鬆弛索識別系統，用索系統健康評估方法指鬆弛索識別方法，或者說在本方法在「健康監測」通常可用「鬆弛索識別」替代。技術方案本方法由三部分組成。分別是一、「本方法的索結構的溫度測量計算 方法」;二、建立索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基於知識庫(含參量)和實測被監測量的索系統健康狀態評估方法；三、健康監測系統的軟體和硬體部分。本方法的第一部分「本方法的索結構的溫度測量計算方法」。首先確定「本方法的索結構的溫度測量計算方法」。由於索結構的溫度可能是變化的，例如索結構的不同部位的溫度是隨著日照強度的變化而變化、隨著環境溫度的變化而變化的，索結構的表面與內部的溫度有時可能是隨時間變化的，索結構的表面與內部的溫度可能是不同的，索結構的表面與內部的溫度差是隨時間變化的，這就使得考慮溫度條件時的索結構的力學計算和監測相當複雜，為簡化問題、減少計算量和降低測量成本，更是為了提高計算精度，本方法提出「本方法的索結構的溫度測量計算方法」，具體如下第一步，查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數建立索結構的傳熱學計算模型。查詢索結構所在地不少於2年的近年來的氣象資料，統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天，統計得到T個陰天中每一個陰天的0時至次日日出時刻後30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時亥IJ，每一個陰天的0時至次日日出時刻後30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為Al；。查詢索結構所在地和所在海拔區間不少於2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處環境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少於2年的近年來的索結構所處環境的溫度關於海拔高度的最大變化率△ Th，為方便敘述取ATh的單位為。C/m。在索結構的表面上取「R個索結構表面點」，後面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數據為「R個索結構表面溫度實測數據」，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為「R個索結構表面溫度計算數據」。在索結構的表面上取「R個索結構表面點」時，「R個索結構表面點」的數量與分布必須滿足的條件在後面敘述。從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少於三個不同的海拔高度，在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為「測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向」，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與「水平面與索結構表面的交線」相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少於三個點，特別的，對於支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為「索結構沿厚度的溫度分布數據」，，其中沿與同一「水平面與索結構表面的交線」相交的、「測量索結構沿壁厚的溫度分布 的方向」測量獲得的「索結構沿厚度的溫度分布數據」，在本方法中稱為「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」，設選取了 H個不同的海拔高度，在每一個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 E個點，其中H和E都不小於3，B不小於2，特別的，對於支承索E等於1，計索結構上「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的總數為HBE個，後面將通過實測得到這HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的溫度，稱實測得到的溫度數據為「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」;本方法中將在每一個選取的海拔高度處「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」的個數溫度分布數據」。在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，該位置應當在全年的每一日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質的平板，稱為參考平板，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每一日都能得到一塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監測得到參考平板的向陽面的溫度。本方法中對同一個量實時監測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大於30分鐘，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻。第二步，實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先後順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，記為AT6max ;由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境的氣溫關於時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先後順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，記為A Tpfflax ;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每一個索結構表面溫度實測數據序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先後順序排列，找到每一個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用每一個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，有R個索結構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差數值，其中的最大值記為ATsmax ;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常規數學計算得到每一個索結構表面點的溫度關於時間的變化率，每一個索結構表面點的溫度關於時間的變化率也隨著時間變化。通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個「索結構沿厚度的溫度分 布數據」後，計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為「相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差」，選取了 H個不同的海拔高度就有H個「相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差」，稱這H個「相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差」中的最大值為「索結構厚度方向最大溫差」，記為ATtmax。第三步，測量計算獲得索結構穩態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介於當日日落時刻到次日日出時刻後30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的這段時間內，參考平板最大溫差ATpmaj^P索結構表面最大溫差ATsmax都不大於5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的這段時間內，在前面測量計算得到的環境最大誤差AT6max不大於參考日溫差Al；，且參考平板最大溫差A Tpmax減去2攝氏度後不大於A Temax,且索結構表面最大溫差A Tsmax不大於ATpmax ;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，索結構所在環境的氣溫關於時間的變化率的絕對值不大於每小時0. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的溫度關於時間的變化率的絕對值不大於每小時0. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據為當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，「索結構厚度方向最大溫差」 ATtmax不大於I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意一種稱為「獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻」，第一種時刻是滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近於獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處於穩態，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的「獲得索結構穩態溫度數據的時刻」；然後，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的「R個索結構表面溫度實測數據」和「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據，還包括索結構在前面選定的HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的計算溫度，HBE個「測量索結構沿厚度的溫 度分布數據的點」的計算溫度稱為「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」與「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」對應相等時，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為「索結構穩態溫度數據」，此時的「R個索結構表面溫度實測數據」稱為「R個索結構穩態表面溫度實測數據」，「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」稱為「HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據」;在索結構的表面上取「R個索結構表面點」時，「R個索結構表面點」的數量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處於穩態時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過「R個索結構表面點」中與索結構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結構表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大於5% ；索結構表面包括支承索表面；第二個條件是「R個索結構表面點」中在同一海拔高度的點的數量不小於4，且「R個索結構表面點」中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；「R個索結構表面點」沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Ah不大於0.2°C除以A Th得到的數值，為方便敘述取A Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;「R個索結構表面點」沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在「R個索結構表面點」中不存在一個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數值介於兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特徵及方位數據，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，「R個索結構表面點」中至少有一個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的一個點。本方法的第二部分建立索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基於知識庫(含參量)和實測被監測量的索系統健康狀態評估方法。可按如下步驟依次進行，以獲得更準確的索系統的健康狀態評估。第一步設索系統中共有N根支承索，結構索力數據就由N根支承索的索力來描述。本方法通過監測N根支承索的索力來實現受損索的識別，為方便起見，在本方法中將「結構的被監測的索力數據」簡稱為「被監測量」。在後面提到「被監測量的某某矩陣或某某向量」時，也可讀成「索力的某某矩陣或某某向量」。本方法中稱共有M個被監測量，本方法中M等於N。建立初始力學計算基準模型A。時，在索結構竣工之時，或者在建立健康監測(受損索識別)系統前，按照「本方法的索結構的溫度測量計算方法」測量計算得到「索結構穩態溫度數據」(可以用常規溫度測量方法測量，例如使用熱電阻測量)，此時的「索結構穩態溫度數據」用向量T。表示，稱為初始索結構穩態溫度數據向量T。。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計 算得到索結構的所有被監測量的初始數。在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量T。的同時，使用常規方法(查資料或實測)得到索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理參數(例如熱膨脹係數)和力學性能參數(例如彈性模量、泊松比);在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法實測計算得到索結構的實測計算數據。索結構的實測計算數據包括支承索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據、索結構初始幾何數據、索力數據、拉杆拉力數據、初始索結構支座空間坐標數據、初始索結構支座角坐標數據、索結構模態數據、結構應變數據、結構角坐標測量數據、結構空間坐標測量數據等實測數據。索結構的初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上結構上一系列的點的空間坐標數據，目的在於根據這些坐標數據確定索結構的幾何特徵。對斜拉橋而言，初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上橋梁兩端上若干點的空間坐標數據，這就是所謂的橋型數據。利用支承索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量d。(如式(I)所示)，用d。表示索結構(用初始力學計算基準模型A。表示)的索系統的初始健康狀態。如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者可以認為結構初始狀態為無損傷狀態時，向量d。的各元素數值取O。利用索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數和初始索結構穩態溫度數據向量T。，利用力學方法(例如有限元法)計入「索結構穩態溫度數據」建立初始力學計算基準模型A。。初始索結構支座角坐標數據組成初始索結構支座角坐標向量U。。d。= [dol do2 doJ dJT(I)式(I)中(1。」(」=1，2，3，.......，N)表示初始力學計算基準模型A。中的索系統的
第j根索的初始損傷值，dOJ為0時表示第j根索無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介於0與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力，T表示向量的轉置(後同)。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到的索結構的所有被監測量的初始數值，組成被監測量初始數值向量C。(見式(2))。要求在獲得A。的同時獲得C。，被監測量初始數值向量C。表示對應於A。的「被監測量」的具體數值。因在前述條件下，基於索結構的計算基準模型計算所得的被監測量可靠地接近於初始被監測量的實測數據，在後面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值和實測值。C0= [C01 C02- -Cok. -C0Jt(2)式(2)中C；k(k=l，2，3，....，M)是索結構中第k個被監測量。向量C。是由M個被監測量依據一定順序排列而成，對此排列順序並無特殊要求，只要求後面所有相關向量也按此順序排列數據即可。不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型A。，計入「索結構穩態溫度數據」(即初始索結構穩態溫度數據向量T。)、基於A。計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，誤差一般不得大於5%。這樣可保證利用A。計算所得的模擬情況下的索力計算數據、應變計算數據、索結構形狀計算數據和位移計算數據、索結構角度數據、索結構空間坐標數據等，可靠地接近所模擬情況真實發生時的實測數據。模型A。中支承索的健康狀態用索系 統初始損傷向量d。表示，索結構索結構穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量T。表示。由於基於A。計算得到所有被監測量的計算數值非常接近所有被監測量的初始數值(實測得到)，所以也可以用在A。的基礎上、進行力學計算得到的、A0的每一個被監測量的計算數值組成被監測量初始數值向量C。。可以說T。、U0和d。是A。的參數，C0由A。的力學計算結果組成。第二步循環開始。每一次循環開始時，首先需要建立或已建立本次循環開始時的索系統當前初始損傷向量f。(i = 1，2，3，…)、建立索結構的當前初始力學計算基準模型Ai0 (例如有限元基準模型，在每一次循環中Ai0是不斷更新的)，(的溫度分布用「當前初始索結構穩態溫度數據向量TiJ表達。字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，在本方法中字母i僅表示循環次數，即第i次循環。A。和Ai0計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響。第i次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量記為f。(如式(3)所示)，用屮。表示該次循環開始時索結構(用當前初始力學計算基準模型Aitj表示)的索系統的健康狀態。dl0 = [dlol d'o d dloNJ(3)式(3)中(1^(1 = I, 2，3,…；j=l, 2，3，.......，N)表示第i次循環開始時、當前
初始力學計算基準模型A10中的索系統的第j根索的初始損傷值，Clioj為0時表示第j根索無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介於0與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力。對應於索結構的當前初始力學計算基準模型Ai。的索結構支座角坐標數據組成當前初始索結構支座角坐標向量U。在初始時刻也就是第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Ai0時，Ui0就等於U。。建立和更新d、的方法如下第一次循環開始時、建立索系統當前初始損傷向量(依據式(3)記為d1。)時，d1。就等於d。。第i (i=2, 3，4，5，6*「)次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量d1。,是在前一次(即第i_l次，i = 2，3，4，5，6…)循環結束前計算獲得的，具體方法在後文敘述。第i(i = 1，2，3，4，5，6…)次循環開始時需要建立的力學計算基準模型或已建立的索結構的力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型匕。對應於Aitj的「索結構穩態溫度數據」用向量!^。表示，稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量f。。向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，每一次循環開始時必須建立或已建立稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量疒。。建立、更新A1。、#。和Titj的方法如下第一次循環開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為A^A1。等於U1。等於T0, U1。等於U。。在每一次循環中AK和Titj是不斷更新的，具體方法在後文敘述；在每一次循環結束時，更新A10' Ui0和Titj得到下一次循環開始時所需的索結構的力學計算基準模型，具體方法在後文敘述。本方法用「被監測量當前初始數值向量CiJ (i = 1，2，3，"0表示第1次(i =1，2，3，4，5，6-)循環開始時所有指定的被監測量的初始值(參見式(4))，(^。的也可以稱為「第i次循環被監測量當前初始數值向量」。 _4] C:=[r:Co2 (, QmJ(4)式(2)中(^(i = l，2，3，...;k=l，2，3，....，M)是第i次循環開始時、索結構中第k個被監測量。向量Citj是由前面定義的M個被監測量依據一定順序排列而成，對此排列順序並無特殊要求，只要求後面所有相關向量也按此順序排列數據即可。在建立模型Ai0的同時建立「被監測量當前初始數值向量C1。」，被監測量當前初始數值向量Ci。表示對應於Aitj的所有被監測量的具體數值，Citj的元素與C。的元素一一對應，分別表示所有被監測量在索結構處於Ai0和A。兩種狀態時的具體數值。建立和更新Citj的具體方法如下第一次循環開始時，C10 (i = 1，唚具體化為(1。)等於(；；第1(1=2，3，4，5，6-)次循環開始時需要的第i次循環「被監測量當前初始數值向量C1。」，是在前一次(即第i-1次，i = 2, 3,4, 5,6-)循環結束前計算獲得的，具體方法在後文敘述。在第i次(i =1，2，3，4，5，6…)循環中，「被監測量當前初始數值向量C1。」是不斷更新的，具體方法在後文敘述。由於根據模型Ai0計算所得被監測量的初始數值可靠地接近於相對應的實測數值，在後面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值組成向量和實測值組成向量。可以說f。、Uitj和d、是Ai0的特性參數，Ci0是Aitj在疒。、#。和d、條件下的力學計算結果組成。第三步在索結構服役過程中，在每一次循環中，或者說在第i a =1，2，3，4，5，6…)次循環中，在已知Ai0' Ti0, U1。、C10和^後，按照「本方法的索結構的溫度測量計算方法」不斷實測計算獲得「索結構穩態溫度數據」的當前數據，所有「索結構穩態溫度數據」的當前數據組成「當前索結構穩態溫度數據向量Ti'向量Ti的定義方式與向量T。的定義方式相同；在實測向量Ti的同時，也就是在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Ti的時刻的同一時刻，實測得到索結構中所有被監測量的當前值，所有這些數值組成被監測量當前數值向量C、Ci的元素與C。的元素一一對應，表示相同被監測量在不同時刻的數值。在得到向量Ti的同時，實測得到索結構支座角坐標當前數據，所有索結構支座角坐標當前數據組成當前索結構實測支座角坐標向量Ui ；在獲得向量Ti後，按照下列具體方法更新Ai0' Ti0, U、、Ci0和d、分別比較Ti和T、、Ui和Ui0,如果Ti等於Ti0且Ui等於Ui0,則不需要對Ai0進行更新，否則需要對Ai0Ji0和Titj進行更新，更新方法是第一步計算Ui與U。的差，Ui與U。的差就是索結構支座關於初始位置的當前支座角位移，用支座角位移向量V表示支座角位移，支座角位移向量V中的兀素與支座角位移分量之間是對應關係，支座角位移向量V中一個元素的數值對應於一個指定支座的一個指定方向的位移；第二步計算Ti與T。的差，Ti與T。的差就是當前索結構穩態溫度數據關於初始索結構穩態溫度數據的變化，Ti與T。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等於Ti減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化；第三步先對A。中的索結構支座施加當前支座角位移約束，當前支座角位移約束的數值就取自支座角位移向量V中對應元素的數值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，對A。中索結構支座施加支座角位移約束且對A。中的索結構施加的溫度變化後得到更新的當前初始力學計算基準模型A1。，更新Aitj的同時，Uitj所有元素數值也用Ui所有元素數值對應代替，即更新了 U、，Ti0所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應代替，即更新了 Titj,這樣就得到了正確地對應於Aitj的Titj ;此時必保持不變。當更新Aitj後，Aitj的索的健康狀況用索系統當前初始損傷向量屮。表示，Aitj的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示，Aitj的支座角坐標用當前初始索結構支座角坐標向量Uitj表示，通過力學計算得到Aitj中所有被監測量的、當前的具體數值，用這些具體數值替換Citj中對應的元素，這樣就實現了被監測量當前初始數值向量Citj的更新。
第四步每一次循環時須先建立「單位損傷被監測量數值變化矩陣」和「名義單位損傷向量」，第i次循環建立的「單位損傷被監測量數值變化矩陣」記為ACHi=I, 2，3，…)。第i次循環建立的「名義單位損傷向量」記為Diut5在每一次循環中八(^和0^需要根據情況不斷更新，即在更新當前初始力學計算基準模型A:當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti0和被監測量當前初始數值向量Citj後，更新單位損傷被監測量數值變化矩陣△ Ci和名義單位損傷向量Diut5每一次循環開始時先按下述步驟建立單位損傷被監測量數值變化矩陣A Ci和名義單位損傷向量Diu;如果在第三步中更新了 A1。，那麼在本步中必須重新建立(即更新)單位損傷被監測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu ;如果在第三步中沒有更新A1。，那麼在本步中不必重新建立單位損傷被監測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu;建立和重新建立(即更新)ACi和Diu的具體過程相同，列如下在索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj的基礎上進行若干次計算，計算次數數值上等於所有索的數量。每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷(原有損傷可以為0，也可以不為0)的基礎上再增加單位損傷(例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷)。為方便計算，每一次循環中設定單位損傷時可以都是把該次循環開始時的結構健康狀態當成是完全健康的，並在此基礎上設定單位損傷(在後續步驟中、計算出的、索的損傷數值一稱為名義損傷CliJi = 1,2, 3，…)，都是相對於將該次循環開始時的、將索的健康狀態當成是完全健康而言的，因此必須依據後文給出的公式將計算出的名義損傷換算成真實損傷)。同一次循環的每一次計算中出現損傷的索不同於其它次計算中出現損傷的索，並且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同於其他索的單位損傷值，用「名義單位損傷向量Di/ (如式(5)所示)記錄各次循環中所有索的假定的單位損傷，第一次循環時記為D1u,每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的、在前面已指定的M個被監測量的當前計算值，每一次計算所得M個被監測量的當前計算值組成一個「被監測量計算當前數值向量」(當假設第j根索有單位損傷時，可用式(6)表示所有指定的M個被監測量的被監測量計算當前數值向量CitP ;每一次計算得到的被監測量計算當前數值向量減去被監測量當前初始數值向量C。所得向量就是此條件下(以有單位損傷的索的位置或編號等為標記)的「被監測量的數值變化向量」(當第j根索有單位損傷時，用S 表示被監測量的數值變化向量，的定義見式(7)、式(8)和式(9)，式(7)為式(6)減去式(4)後再除以向量Diu的第j個元素Diuj所得)，被監測量的數值變化向量5 Cij的每一元素表示由於計算時假定有單位損傷的那根索(例如第j根索)的單位損傷(例如D、)，而引起的該元素所對應的被監測量的數值改變量相對於假定的單位損傷Diiu.的變化率；有N根索就有N個「被監測量的數值變化向量」，每個被監測量的數值變化向量有M個元素，由這N個「被監測量的數值變化向量」依次組成有MXN個元素的「單位損傷被監測量數值變化矩陣AC1」(MRN列)，每一個向量S CijU=I, 2，3，.......，N)是矩陣ACi的一列，ACi的定義如式(10)所
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權利要求
1. 一種支座角位移溫度變化時索力監測的鬆弛索遞進式識別方法，其特徵在於所述方法包括 a.設共有N根支承索，首先確定支承索的編號規則，按此規則將索結構中所有的支承索編號，該編號在後續步驟中將用於生成向量和矩陣；本方法通過監測N根支承索的索力來實現受損索的識別，為方便起見，在本方法中將索結構的被監測的支承索的索力數據簡稱為「被監測量」;在後面提到「被監測量的某某矩陣或某某向量」吋，也可讀成「索カ的某某矩陣或某某向量」;本方法中對同一個量實時監測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大於30分鐘，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻； b.本方法定義「本方法的索結構的溫度測量計算方法」按步驟bl至b3進行； bl :查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數建立索結構的傳熱學計算模型；查詢索結構所在地不少於2年的近年來的氣象資料，統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天，在本方法中將白天不能見到太陽的一整日稱為陰天，統計 得到T個陰天中每ー個陰天的O時至次日日出時刻後30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻，不表示當天一定可以看見太陽，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日出時刻，每ー個陰天的O時至次日日出時刻後30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為△ I；;查詢索結構所在地和所在海抜區間不少於2年的近年來的氣象資料或實測得到索結構所處環境的溫度隨時間和海抜高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少於2年的近年來的索結構所處環境的溫度關於海抜高度的最大變化率△'，為方便敘述取ATh的単位為。C/m;在索結構的表面上取「R個索結構表面點」，取「R個索結構表面點」的具體原則在步驟b3中敘述，後面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數據為「R個索結構表面溫度實測數據」，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為「R個索結構表面溫度計算數據」;從索結構所處的最低海抜到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少於三個不同的海抜高度，在每ー個選取的海抜高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為「測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向」，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與「水平面與索結構表面的交線」相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少於三個點，特別的，對於支承索沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為「索結構沿厚度的溫度分布數據」，，其中沿與同一「水平面與索結構表面的交線」相交的、「測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向」測量獲得的「索結構沿厚度的溫度分布數據」，在本方法中稱為「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」，設選取了 H個不同的海拔高度，在每ー個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 E個點，其中H和E都不小於3，B不小於2，特別的，對於支承索E等於1，計索結構上「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的總數為HBE個，後面將通過實測得到這HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的溫度，稱實測得到的溫度數據為「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」;本方法中將在每ー個選取的海抜高度處「相同海抜高度索結構沿厚度的溫度分布數據」的個數溫度分布數據」;在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取ー個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取ー個位置，該位置應當在全年的每一日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質的平板，稱為參考平板，參考平板與地面不可接觸，參考平板離地面距離不小於I. 5米，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每ー日都能得到ー塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監測得到參考平板的向陽面的溫度； b2 :實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構所在環境的氣溫實測數據按照時間先後順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環境的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，稱為環境最大溫差，記為ATemax ；由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環境的氣溫關於時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列由當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數據按照時間先後順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，稱為參考平板最大溫差，記為ATpmax ;通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的所有R個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每ー個索結構表面溫度實測數據序列由ー個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的索結構表面溫度實測數據按照時間先後順序排列，找到每ー個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用每ー個索結構表面溫度實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到每ー個索結構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差，有R個索結構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的最大溫差數值，其中的最大值稱為索結構表面最大溫差，記為ATsmax ;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常規數學計算得到每ー個索結構表面點的溫度關於時間的變化率，每ー個索結構表面點的溫度關於時間的變化率也隨著時間變化；通過實時監測得到當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個「索結構沿厚度的溫度分布數據」後，計算在每ー個選取的海拔高度處共計BE個「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為「相同海抜高度處索結構厚度方向最大溫差」，選取了 H個不同的海拔高度就有H個「相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差」，稱這H個「相同海抜高度處索結構厚度方向最大溫差」中的最大值為「索結構厚度方向最大溫差」，記為Δ Ttmax ; b3 :測量計算獲得索結構穩態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介於當日日落時刻到次日日出時刻後30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的這段時間內，參考平板最大溫差Λ Tpmax和索結構表面最大溫差ATsmax都不大於5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的這段時間內，在前面測量計算得到的環境最大誤差Λ Traiax不大於參考日溫差Λ ；，且參考平板最大溫差ATpmax減去2攝氏度後不大於Λ Temax，且索結構表面最大溫差ATsmax不大於ATpmax;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，索結構所在環境的氣溫關於時間的變化率的絕對值不大於每小時O. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每ー個索結構表面點的溫度關於時間的變化率的絕對值不大於每小時O. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，R個索結構表面點中的每ー個索結構表面點的索結構表面溫度實測數據為當日日出時刻到次日日出時刻後30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻，「索結構厚度方向最大溫差」 Λ Ttmax不大於I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意一種稱為「獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻」，第一種時刻是滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述「與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件」中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的ー個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任ー個時刻，則取本方法最接近於獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處於穩態，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的「獲得索結構穩態溫度數據的時刻 」;然後，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的「 R個索結構表面溫度實測數據」和「 HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩態表面溫度計算數據，還包括索結構在前面選定的HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的計算溫度，HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」的計算溫度稱為「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」與「HBE個索結構沿厚度溫度計算數據」對應相等吋，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為「索結構穩態溫度數據」，此時的「R個索結構表面溫度實測數據」稱為「R個索結構穩態表面溫度實測數據」，「HBE個索結構沿厚度溫度實測數據」稱為「HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據」;在索結構的表面上取「R個索結構表面點」吋，「R個索結構表面點」的數量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處於穩態時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過「R個索結構表面點」中與索結構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結構表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大於5% ;索結構表面包括支承索表面；第二個條件是「R個索結構表面點」中在同一海拔高度的點的數量不小於4，且「R個索結構表面點」中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；「R個索結構表面點」沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Ah 不大於0.2°C除以Λ Th得到的數值，為方便敘述取Λ Th的単位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;「R個索結構表面點」沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在「 R個索結構表面點」中不存在ー個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數值介於兩兩相鄰索結構表面點的海抜高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特徵及方位數據，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，「R個索結構表面點」中至少有ー個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的ー個點； c.按照「本方法的索結構的溫度測量計算方法」直接測量計算得到初始狀態下的索結構穩態溫度數據，初始狀態下的索結構穩態溫度數據稱為初始索結構穩態溫度數據，記為「初始索結構穩態溫度數據向量T。」 ；實測或查資料得到索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數；在實測得到初始索結構穩態溫度數據向量T。的同一時刻，直 接測量計算得到所有支承索的初始索カ，組成初始索カ向量F。；依據索結構設計數據、竣工數據得到所有支承索在自由狀態即索カ為O時的長度、在自由狀態時的橫截面面積和在自由狀態時的單位長度的重量，以及獲得這三種數據時所有支承索的溫度，在此基礎上利用所有支承索的隨溫度變化的物理性能參數和力學性能參數，按照常規物理計算得到所有支承索在初始索結構穩態溫度數據向量T。條件下的索カ為O時所有支承索的長度、索カ為O時所有支承索的橫截面面積以及索カ為O時所有支承索的單位長度的重量，依次組成支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量，支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量的元素的編號規則與初始索カ向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，直接測量計算得到初始索結構的實測數據，初始索結構的實測數據包括表達支承索的健康狀態的無損檢測數據、所有被監測量的初始數值、所有支承索的初始索カ數據、初始索結構模態數據、初始索結構應變數據、初始索結構幾何數據、初始索結構支座空間坐標數據、初始索結構支座角坐標數據、初始索結構空間坐標數據；所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量C。；利用能表達支承索的健康狀態的無損檢測數據建立索系統初始損傷向量d。，索系統初始損傷向量d。的元素個數等於N, d。的元素與支承索是--對應關係，索系統初始損傷向量d。的元素數值不小於O、不大於100%，d。的元素數值代表對應支承索的損傷程度，若索系統初始損傷向量d。的某一元素的數值為0，表示該元素所對應的支承索是完好的、沒有問題的，若其數值為100%，則表示該元素所對應的支承索完全喪失了承載能力，若其數值介於O和100%之間，則表示該支承索喪失了相應比例的承載能力，如果沒有支承索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者認為索結構初始狀態為無損傷狀態時，向量d。的各元素數值取O ;若d。的某一元素的數值不為0，則表示該元素所對應的支承索是有問題的，在本方法中該支承索可能是受損也可能是鬆弛，當該支承索是受損時，該元素數值表示其對應的支承索的損傷程度，若該支承索是鬆弛時，該元素數值表示其對應的支承索的初始等效損傷程度；索系統初始損傷向量d。的元素的編號規則與初始索カ向量F。的元素的編號規則相同；初始索結構支座角坐標數據組成初始索結構支座角坐標向量U。； d.根據索結構的設計圖、竣工圖、初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數、初始索結構支座角坐標向量U。、初始索結構穩態溫度數據向量T。和前面步驟得到的所有的索結構數據，建立計入「索結構穩態溫度數據」的索結構的初始力學計算基準模型A。，基於A。計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，其間的差異不得大於5% ;對應於A。的「索結構穩態溫度數據」就是「初始索結構穩態溫度數據向量T。」;對應於A。的索結構支座角坐標數據就是初始索結構支座角坐標向量U。；對應於A。的支承索健康狀態用索系統初始損傷向量d。表示；對應於A0的所有被監測量的初始數值用被監測量初始數值向量C。表示；T。、U0和d。是A。的參數，由A。的力學計算結果得到的所有被監測量的初始數值與C。表示的所有被監測量的初始數值相同，因此也可以說C。由A。的力學計算結果組成，在本方法中A。、U。、C。、d。和T。是不變的； e.在本方法中，字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，字母i僅表示循環次數，即第i次循環；第i次循環開始時需要建立的或已建立的索結構的當前初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Α^，Α。和Aitj計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響；第i次循環開始時，對應於Aitj的「索結構穩態溫度數據」用當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti。表示，向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，Titj的元素與T。的元素--對應；第i次循環開始時需要的當前初始索結構支座角坐標向量記為U1。，Ui0的數據表示索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj的索結構支座角坐標；第i次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量記為d^d1。表示該次循環開始時索結構A1。的索系統的健康狀態，d1。的定義方式與d。的定義方式相同，d1。的兀素與d。的兀素對應；第i次循環開始時，所有被監測量的初始值，用被監測量當前初始數值向量び。表示，向量C、的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1。的元素與C。的元素一一對應，被監測量當前初始數值向量C1。表示對應於Aitj的所有被監測量的具體數值ポ。、Ui0和必是Ai0的特性參數，C1。由Ai0的力學計算結果組成；第一次循環開始時，Ai0記為A1。，建立A1。的方法為使A1。等於A0 ;第一次循環開始時，Ti0記為T1。，建立T1。的方法為使T1。等於T。；第一次循環開始時，Ui0記為U1。，建立U1。的方法為使U1。等於U0 ;第一次循環開始時，Cli0記為d1。，建立d1。的方法為使Cl10等於d0 ;第一次循環開始時，Ci0記為C10,建立C1。的方法為使C1。等於C0 ； f.從這裡進入由第f步到第S步的循環；在索結構服役過程中，按照「本方法的索結構的溫度測量計算方法」不斷實測計算獲得索結構穩態溫度數據的當前數據，所有「索結構穩態溫度數據」的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量Ti,向量Ti的定義方式與向量T0的定義方式相同，Ti的元素與T。的元素一一對應；在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti的同一時刻，實測得到索結構支座角坐標當前數據，所有索結構支座角坐標當前數據組成當前索結構實測支座角坐標向量Ui ;在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti的同一時刻，實測得到索結構中所有支承索的索カ數據，所有這些索力數據組成當前索力向量F，向量F的元素與向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti的同一時刻，實測計算得到所有支承索的兩個支承端點的空間坐標，兩個支承端點的空間坐標在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距 離，所有支承索的兩個支承端點水平距離數據組成當前支承索兩支承端點水平距離向量，當前支承索兩支承端點水平距離向量的元素的編號規則與初始索カ向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到向量Ti的同時，實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Ti的時刻的同一時刻的索結構中所有被監測量的當前值，所有這些數值組成被監測量當前數值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1的兀素與C。的兀素對應，表不相同被監測量在不同時刻的數值； g.根據當前索結構實測支座角坐標向量Ui和當前索結構穩態溫度數據向量Ti,按照步驟gl至g3更新當前初始力學計算基準模型A1。、當前初始索結構支座角坐標向量U1。、被監測量當前初始數值向量び。和當前初始索結構穩態溫度數據向量Τ1。，而索系統當前初始損傷向量d1。保持不變； gl.分別比較Ui與U、、Ti與Ti0,如果Ui等於Ui0且Ti等於Ti0,則Ai0, U、、Ci0和Ti0保持不變；否則需要按下列步驟對A1。、Ui0和Titj進行更新； g2.計算Ui與U。的差，Ui與U。的差就是索結構支座關於初始位置的當前支座角位移，用支座角位移向量V表示支座角位移，V等於Ui減去U。，支座角位移向量V中的元素與支座角位移分量之間是對應關係，支座角位移向量V中一個兀素的數值對應於ー個指定支座的ー個指定方向的角位移；計算Ti與T。的差，Ti與T。的差就是當前索結構穩態溫度數據關於初始索結構穩態溫度數據的變化，Ti與T。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等於Ti減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化； g3.先對A0中的索結構支座施加當前支座角位移約束，當前支座角位移約束的數值就取自支座角位移向量V中對應元素的數值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，對A。中索結構支座施加支座角位移約束且對A。中的索結構施加的溫度變化後得到更新的當前初始力學計算基準模型A1。，更新Aitj的同時，ぴ。所有元素數值也用Ui所有元素數值對應代替，即更新了 U、, Ti0所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應代替，即更新了 ，這樣就得到了正確地對應於Aitj的Titj和Ui0 ;此時必保持不變；當更新Aitj後，Ai0的索的健康狀況用索系統當前初始損傷向量d、表示，Ai0的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示，Ai0的支座角坐標用當前初始索結構支座角坐標向量Ui0表示，更新C1。的方法是當更新Aitj後，通過力學計算得到Aitj中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成び。；h.在當前初始力學計算基準模型Ai0的基礎上，按照步驟hi至步驟h4進行若干次力學計算，通過計算建立単位損傷被監測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu ； hi.在第i次循環開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得Λ Ci和Diu ;在其它時刻，當在步驟g中對Ai0進行更新後，必須按步驟h2至步驟h4所列方法重新獲得Λ Ci和Diu,如果在步驟g中沒有對Aitj進行更新，則在此處直接轉入步驟i進行後續工作； h2.在當前初始力學計算基準模型Aitj的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等於所有支承索的數量，有N根支承索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根支承索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的支承索不同於其它次計算中出現損傷的支承索，並且每一次假定有損傷的支承索的単位損傷值可以不同於其他支承索的単位損傷值，用「名義單位損傷向量Di/記錄所有索的假定的単位損傷，向量Diu的元素編號規則與向量d。的元素的編號規則相同，每一次計算得到索結構中所有被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有被監測量的當前數值組成一個「被監測量計算當前數值向量」;當假設第j根支承索有単位損傷時，可用Citj表示對應的「被監測量計算當前數值向 量」;在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本方法中其它向量使用同一編號規則，以保證本步驟中各向量中的任意一個兀素，同其它向量中的、編號相同的兀素，表達了同ー被監測量或同一對象的相關信息；C\j的定義方式與向量C。的定義方式相同,C1tj的兀素與C。的元素—對應； h3.每一次計算得到的向量Citj減去向量C1。得到ー個向量，再將該向量的每ー個元素都除以本次計算中假定的単位損傷值後得到ー個「被監測量的數值變化向量δ Ci/;有N根支承索就有N個「被監測量的數值變化向量」； h4.由這N個「被監測量的數值變化向量」依次組成有N列的「単位損傷被監測量數值變化矩陣△び」;「單位損傷被監測量數值變化矩陣△び」的每一列對應於ー個「被監測量的數值變化向量」；「單位損傷被監測量數值變化矩陣」的列的編號規則與索系統初始損傷向量d。的元素編號規則相同； i.定義當前名義損傷向量屮。和當前實際損傷向量dSd1。和Cli的元素個數等幹支承索的數量，Clic和Cli的元素和支承索之間是一一對應關係，Clic和Cli的元素數值代表對應支承索的損傷程度或健康狀態，Clic和Cli與索系統初始損傷向量d。的元素編號規則相同，d、的元素、Cli的元素與d。的元素是一一對應關係； j.依據被監測量當前數值向量Ci同「被監測量當前初始數值向量C1。」、「單位損傷被監測量數值變化矩陣八び」和「當前名義損傷向量屮。」間存在的近似線性關係，該近似線性關係可表達為式1，式I中除W。外的其它量均為已知，求解式I就可以算出當前名義損傷向量札; Γ =(:;+ΔΓ.·<:式 I k.利用式2表達的當前實際損傷向量Cli的第j個元素 < 同索系統當前初始損傷向量Cli0的第j個元素d、和當前名義損傷向量札的第j個元素d、間的關係，計算得到當前實際損傷向量Cli的所有元素；ゴ=1-(1- く )(I - d'n )式 2 式2中j=l，2，3，.......,N,當前實際損傷向量Cli的第j個元素Clij的數值為O時表示第j根支承索無健康問題，Clij數值不為O時表示第j根支承索是有健康問題的支承索，有健康問題的支承索可能是鬆弛索、也可能是受損索，其數值反應了鬆弛或損傷的程度；索系統當前實際損傷向量Cli的元素數值不小於O、不大於100%，索系統當前實際損傷向量Cli的元素數值代表對應支承索的損傷程度，若索系統當前實際損傷向量Cli的某一元素的數值為O,表示該元素所對應的支承索是完好的、無健康問題的,若其數值為100%,則表示該元素所對應的支承索完全喪失了承載能力，若其數值介於O和100%之間，則表示該元素所對應的支承索是有健康問題的，在本方法中該支承索的健康問題可能是受損了也可能是鬆弛了，當該支承索是受損時，該元素數值表示其對應的支承索的損傷程度，若該支承索是鬆弛吋，該元素數值表示其對應的支承索的與其鬆弛程度力學等效的當前實際等效損傷程度； I.從第k步中識別出的有問題的支承索中鑑別出受損索，剩下的就是鬆弛索；m.利用在當前索結構穩態溫度數據向量Ti條件下的在第k步獲得的索系統當前實際損傷向量Cli得到鬆弛索的與其鬆弛程度力學等效的當前實際等效損傷程度，利用在第f步獲得的在當前索結構穩態溫度數據向量Ti條件下的當前索力向量F和當前支承索兩支承端點水平距離向量，利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量T。條件下的支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量，利用 當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示的支承索當前穩態溫度數據，利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量T。表示的支承索初始穩態溫度數據，利用在第c步獲得的索結構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數，計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數的影響，通過將鬆弛索同受損索進行力學等效來計算鬆弛索的、與當前實際等效損傷程度等效的鬆弛程度，等效的力學條件是一、兩等效的索的無鬆弛和無損傷時的初始自由長度、幾何特性參數、密度及材料的力學特性參數相同；ニ、鬆弛或損傷後，兩等效的鬆弛索和損傷索的索力和變形後的總長相同；滿足上述兩個等效條件時，這樣的兩根支承索在索結構中的力學功能就是完全相同的，即如果用等效的鬆弛索代替受損索後，索結構不會發生任何變化，反之亦然；依據前述力學等效條件求得那些被判定為鬆弛索的鬆弛程度，鬆弛程度就是支承索自由長度的改變量，也就是確定了那些需調整索力的支承索的索長調整量；這樣就實現了支承索的鬆弛識別和損傷識別；計算時所需索カ由當前索力向量F對應元素給出； η.在求得當前名義損傷向量士。後，按照式3建立標識向量Bi,式4給出了標識向量Bi的第j個元素的定義； F=W $ ···パ；··· 式 3 ,=|0，如果もく Uig J [I,如果も之Ai 式4中元素Bij是標識向量Bi的第j個元素，Diuj是名義単位損傷向量Diu的第j個元素，Clicj是索系統當前名義損傷向量 < 的第j個元素，它們都表示第j根支承索的相關信息，式4中j=l, 2, 3，……,N； ο.如果標識向量B1的元素全為O,則回到步驟f繼續本次循環；如果標識向量B1的元素不全為0，則進入下一歩、即步驟P ; P.根據式5計算得到下一次、即第i+Ι次循環所需的索系統當前初始損傷向量di+1。的每ー個元素；C1=I-(I-<)(1-/ひ;試 5 式5中CT1tjj是下一次、即第i+Ι次循環所需的索系統當前初始損傷向量di+1。的第j個元素，Clioj是本次、即第i次循環的索系統當前初始損傷向量 < 的第j個元素，Diuj是第i次循環的名義單位損傷向量Diu的第j個元素，Bij是第i次循環的標識向量Bi的第j個元素，式5中j=l, 2, 3，……,N； q.取下一次、即第i+Ι次循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1。等於第i次循環的當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj ； r.在初始力學計算基準模型A。的基礎上，先對A。中的索結構支座施加當前支座角位移約束，當前支座角位移約束的數值就取自支座角位移向量V中對應元素的數值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，再令索的健康狀況為di+1。後得到的就是下一次、即第i+Ι次循環所需的力學計算基準模型Ai+1 ;得到Ai+1後，通過力學計算得到Ai+1中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成下一次、 即第i+Ι次循環所需的被監測量當前初始數值向量Ci+1。；下一次、即第i+Ι次循環所需的當前初始索結構支座角坐標向量U1+1。等於第i次循環的當前初始索結構支座角坐標向量U1。；s.回到步驟f，開始下一次循環。
全文摘要
支座角位移溫度變化時索力監測的鬆弛索遞進式識別方法基於索力監測、通過監測支座角位移、監測索結構溫度、環境溫度和支承索健康程度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型。依據被監測量的當前數值向量同被監測量當前初始數值向量、單位損傷被監測量數值變化矩陣和待求的當前名義損傷向量間存在的近似線性關係，可以利用多目標優化算法等算法快速算出當前名義損傷向量的非劣解，據此可以在有支座角位移和溫度變化時識別出虛擬受損索，在使用無損檢測等方法從中鑑別出真實受損索後，剩下的虛擬受損索就是鬆弛的支承索，依據力學等效關係就可確定鬆弛的支承索的需調整的索長。
文檔編號G01L5/00GK102735478SQ20121017559
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年5月30日
發明者萬江, 葉磊, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學