空間坐標監測問題索集中載荷角位移識別方法

2023-05-19 06:05:31

空間坐標監測問題索集中載荷角位移識別方法
【專利摘要】空間坐標監測問題索集中載荷角位移識別方法基於空間坐標監測，通過監測索結構溫度和環境溫度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，得到計入索結構溫度和環境溫度的索結構的力學計算基準模型，在此模型的基礎上計算獲得單位損傷被監測量數值變化矩陣。依據被監測量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被評估對象當前名義損傷向量間存在的近似線性關係算出被評估對象當前名義損傷向量的非劣解，據此可以在有溫度變化時，同時識別出支座角位移、集中載荷變化量和問題索。
【專利說明】空間坐標監測問題索集中載荷角位移識別方法
【技術領域】
[0001]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」，並將索結構的所有承載索、承載纜，及所有僅承受軸向拉伸或軸向壓縮載荷的杆件(又稱為二力杆件)，為方便起見統一稱為「索系統」，本方法中用「支承索」這一名詞指稱承載索、承載纜及僅承受軸向拉伸或軸向壓縮載荷的杆件，有時簡稱為「索」，所以在後面使用「索」這個字的時候，對桁架結構實際就是指二力杆件。支承索的受損和鬆弛對索結構安全是一項重大威脅，本方法將受損索和鬆弛索統稱為有健康問題的支承索，簡稱為問題索。在結構服役過程中，對支承索或索系統的健康狀態的正確識別關係到整個索結構的安全。在環境溫度發生變化時，索結構的溫度一般也會隨著發生變化，在索結構溫度發生變化時，索結構支座可能發生角位移，索結構承受的集中載荷也可能發生變化，實際上即使索結構的溫度不發生變化，索結構承受的集中載荷也可能單獨發生變化，同時索結構的健康狀態也可能在發生變化，在這種複雜條件下，本方法基於空間坐標監測(本方法將被監測的空間坐標稱為「被監測量」)來識別支座角位移、問題索和索結構承受的集中載荷的變化量，屬工程結構健康監測領域。
【背景技術】
[0002]剔除載荷變化、索結構支座角位移和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響，從而準確地識別結構的健康狀態的變化，是目前迫切需要解決的問題；剔除載荷變化、索結構健康狀態變化和結構溫度變化對索結構支座角位移識別結果的影響，從而準確地識別索結構支座角位移，也是目前迫切需要解決的問題；同樣的，剔除結構溫度變化、索結構支座角位移和結構健康狀態變化對結構承受的集中載荷的變化量的識別結果的影響，對結構安全同樣具有重要意義。基於結構健康監測技術，本方法公開了一種解決這三個問題的有效方法。
[0003]支承索受損、鬆弛對索結構安全是一項重大威脅，基於結構健康監測技術來識別集中載荷的變化和索結構的索系統中的問題索是一種極具潛力的方法。
[0004]當索結構承受的集中載荷出現變化時、或索結構發生支座角位移、或索結構的溫度發生變化時、或索系統的健康狀態發生變化(例如發生損傷、鬆弛)時、或者四種情況同時發生時，會引起索結構的可測量參數的變化，例如會引起索力的變化，會影響索結構的變形或應變，會影響索結構的形狀或空間坐標，會引起過索結構的每一點的任意假想直線的角度坐標的變化(例如結構表面任意一點的切平面中的任意一根過該點的直線的角度坐標的變化，或者結構表面任意一點的法線的角度坐標的變化)，所有的這些變化都包含了索系統的健康狀態信息，也包含了支座角位移和集中載荷的變化量信息，也就是說可以利用索結構的可測量參數來識別支座角位移、受損索和集中載荷的變化量。
[0005]目前已公開的技術、方法中，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結構承受的載荷發生變化)識別結構承受載荷的變化，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結構健康狀態發生變化)識別結構健康狀態的變化，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結構溫度和結構健康狀態發生變化)識別結構(環境)溫度和結構健康狀態的變化，目前還沒有一種公開的、有效的方法能夠同時識別結構承受載荷、結構(環境)溫度和結構健康狀態的變化，或者說在結構所承受的載荷和結構(環境)溫度同時變化時，還沒有有效的方法能夠識別結構健康狀態的變化，而結構承受的載荷和結構(環境)溫度是常常變化的，所以如何在結構承受的載荷和結構(環境)溫度變化時，剔除載荷變化和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響，從而準確地識別結構的健康狀態的變化，是目前迫切需要解決的問題，本方法公開了一種方法，在支座有角位移時，可以在索結構承受的集中載荷和結構(環境)溫度發生變化時，剔除支座角位移、載荷變化和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響，基於被監測量監測來識別問題索，對索結構的安全具有重要的價值。
[0006]同樣的，在目前公開的方法中，還沒有出現能夠剔除支座角位移、結構溫度變化和支承索健康狀態影響的、從而實現集中載荷變化程度的正確識別的方法，而對結構來說，載荷變化的識別也是非常重要的。本方法在識別出問題索的同時，還能同時識別出集中載荷的變化，即本方法能夠剔除支座角位移、結構溫度變化和支承索健康狀態變化的影響，實現集中載荷變化程度的正確識別；本方法還能夠剔除載荷變化、索結構健康狀態變化和結構溫度變化對索結構支座角位移識別結果的影響，從而準確地識別索結構支座角位移。
[0007]也就是說，本方法實現了已有方法不可能具備的三種功能。

【發明內容】

[0008]技術問題:本方法公開了一種方法，實現了已有方法不可能具備的三種功能，分別是，一、剔除支座角位移、集中載荷變化和結構溫度變化對索結構健康狀態識別結果的影響，從而準確地識別出支承索的健康狀態；二、本方法在識別出問題索的同時，還能同時識別出集中載荷的變化，即本方法能夠剔除支座角位移、結構溫度變化和支承索健康狀態變化的影響，實現集中載荷變化程度的正確識別；三、本方法還能夠剔除載荷變化、索結構健康狀態變化和結構溫度變化對索結構支座角位移識別結果的影響，從而準確地識別索結構支座角位移。
[0009]在索結構服役過程中，支承索自由狀態(此時索張力也稱索力為O)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)會發生變化，本方法的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，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。
[0010]技術方案:本方法由三部分組成。分別是建立結構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)和實測被監測量的結構健康狀態評估方法、健康監測系統的軟體和硬體部分。
[0011]在本方法中，用「支座空間坐標」指稱支座關於笛卡爾直角坐標系的X、Y、Z軸的坐標，也可以說成是支座關於X、Y、Z軸的空間坐標，支座關於某一個軸的空間坐標的具體數值稱為支座關於該軸的空間坐標分量，本方法中也用支座的一個空間坐標分量表達支座關於某一個軸的空間坐標的具體數值；用「支座角坐標」指稱支座關於X、Y、Z軸的角坐標，支座關於某一個軸的角坐標的具體數值稱為支座關於該軸的角坐標分量，本方法中也用支座的一個角坐標分量表達支座關於某一個軸的角坐標的具體數值；用「支座廣義坐標」指稱支座角坐標和支座空間坐標全體，本方法中也用支座的一個廣義坐標分量表達支座關於一個軸的空間坐標或角坐標的具體數值；支座關於X、Y、Z軸的坐標的改變稱為支座線位移，也可以說支座空間坐標的改變稱為支座線位移，本方法中也用支座的一個線位移分量表達支座關於某一個軸的線位移的具體數值；支座關於χ、Y、ζ軸的角坐標的改變稱為支座角位移，本方法中也用支座的一個角位移分量表達支座關於某一個軸的角位移的具體數值；支座廣義位移指稱支座線位移和支座角位移全體，本方法中也用支座的一個廣義位移分量表達支座關於某一個軸的線位移或角位移的具體數值；支座線位移也可稱為平移位移，支座沉降是支座線位移或平移位移在重力方向的分量。
[0012]首先確認索結構承受的可能發生變化的集中載荷的數量。根據索結構所承受的集中載荷的特點，確認其中「所有可能發生變化的集中載荷」，或者將所有的集中載荷視為「所有可能發生變化的集中載荷」，設共有JZW個可能發生變化的集中載荷。[0013]集中載荷分為集中力和集中力偶兩種，在坐標系中，例如在笛卡爾直角坐標系中，一個集中力可以分解成三個分量，同樣的，一個集中力偶也可以分解成三個分量，在本方法中將一個集中力分量或一個集中力偶分量稱為一個集中載荷。
[0014]設索結構的支承索的數量、索結構的支座角位移分量的數量和JZW個「所有可能發生變化的集中載荷」的數量之和為N。為敘述方便起見，本方法統一稱被評估的支承索、支座角位移和「所有可能發生變化的集中載荷」為「被評估對象」，共有N個被評估對象。給被評估對象連續編號，該編號在後續步驟中將用於生成向量和矩陣。
[0015]「結構的全部被監測的空間坐標數據」由結構上K個指定點的、及每個指定點的L個指定方向的空間坐標來描述，結構空間坐標數據的變化就是K個指定點的所有空間坐標分量的變化。每次共有M (M=KXL)個空間坐標測量值或計算值來表徵結構空間坐標信息。K和M不得小於N。
[0016]綜合上述被監測量，整個索結構共有M個被監測量，M不得小於被評估對象的數量
N0
[0017]為方便起見，在本方法中將「索結構的被監測的所有參量」簡稱為「被監測量」。給M個被監測量連續編號，該編號在後續步驟中將用於生成向量和矩陣。本方法用用變量j表示這一編號，j=l, 2, 3，…，Μ。
[0018]本方法的第一部分:建立結構健康監測系統所需的知識庫和參量的方法。具體如下:
[0019]1.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:
[0020]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，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Λ?；。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ATh,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聞海拔之間，在索結構上均布選取不少於二個不同的海拔聞度，在每一個選取的海拔聞度處、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，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，設HBE為H與B和E的乘積，對應的共有HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」，`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」;設BE為B和E的乘積，本方法中在每一個選取的海拔高度處共有BE個「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」。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。
[0021]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，記為Δ Tpmax ;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。
[0022]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ATpmax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不大於參考日溫差Λ?；，且參考平板最大溫差Λ Tpmax減去2攝氏度後不大於Δ Temax,且索結構表面最大溫差Δ 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0.1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0.1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Λ Th得到的數值，為方便敘述取Λ 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。
[0023]2.建立索結構的初始力學計算基準模型A。(例如有限元基準模型)和當前初始力學計算基準模型(例如有限元基準模型)的方法，建立與A。對應的被監測量初始數值向量C。的方法，建立與Attj對應的被監測量當前初始數值向量Cttj的方法。在本方法中K、C0、Attj和Cttj是不斷更新的。建立和更新A^C。、#。和Cttj的方法如下。被監測量初始數值向量C0的編號規則與M個被監測量的編號規則相同。
[0024]建立初始力學計算基準模型A。時，在索結構竣工之時，或者在建立結構健康監測系統前，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，也就是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的同一時刻，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。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，也就是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的同一時刻，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首先是包括支承索的無損檢測數據在內的能夠表達索的健康狀態的數據，索結構的實測計算數據還是包括索結構支座初始角位移測量數據、索結構初始幾何數據、索力數據、拉杆拉力數據、初始索結構支座廣義坐標數據、索結構模態數據、結構應變數據、結構角度測量數據、結構空間坐標測量數據和載荷數據在內的實測數據。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。索結構支座初始角位移測量數據指在建立初始力學計算基準模型A。時，索結構支座相對於索結構設計狀態下的支座所發生的角位移。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。「所有可能發生變化的集中載荷」的變化量在建立初始力學計算基準模型K時全部為0，也就是說後面識別出的「所有可能發生變化的集中載荷」的變化量是相對於建立初始力學計算基準模型A。時結構所承受的對應集中載荷的變化量。利用支承索的無損檢測數據等能夠表達支承索的健康狀態的數據、索結構支座初始角位移測量數據以及「所有可能發生變化的集中載荷」的變化量數據建立被評估對象初始損傷向量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)的被評估對象的初始健康狀態。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，或者可以認為結構初始狀態為無損傷無鬆弛狀態時，向量d。的中與支承索相關的各元素數值取
O。向量d。中與集中載荷的變化量相關的各元素數值取O。如果沒有索結構支座初始角位移測量數據或者可以認為索結構支座初始角位移為O時，向量d。的中與索結構支座角位移相關的各元素數值取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、索結構支座初始角位移測量數據和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。。
[0025]d0 = [dol do2...dok...doN]T (I)
[0026]式(I)中dQk (k=l, 2，3，……., N)表示初始力學計算基準模型A0中的第k個被評估對象的初始狀態，如果該被評估對象是索系統中的一根索(或拉杆)，那麼Cl。,表示其初始損傷，dok為O時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介於O與100%之間時表示喪失相應比例的承載能力；如果該被評估對象是一個支座的一個角位移分量，那麼Cl。，表示其初始位移數值；如果該被評估對象是一個「可能發生變化的集中載荷」，那麼Cl。,表示其初始數值，dok為0，也就是說後面識別出的「所有可能發生變化的集中載荷」的變化量是相對於建立初始力學計算基準模型A。時結構所承受的對應集中載荷的變化量。上標T表示向量的轉置(後同)。
[0027]在實測得到T。的同時，也就是在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的同一時刻，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A0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。
[0028]C0= [C01 C02...Coj...C0Jt (2)
[0029]式(2)中CtjjU=I, 2，3，…….，M)是索結構中第j個被監測量的初始量，該分量依據編號規則對應於特定的第j個被監測量。
[0030]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。中被評估對象的健康狀態用被評估對象初始損傷向量d。表示，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、A。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。。T。和d。是A。的參數，也可以說C。由A。的力學計算結果組成。
[0031]建立和更新當前初始力學計算基準模型Attj的方法是:在初始時刻(也就是第一次建立Attj時)，Attj就等於A。，Attj對應的「索結構穩態溫度數據」記為「當前初始索結構穩態溫度數據向量IV』，在初始時刻，Tt0就等於T。，向量Tttj的定義方式與向量T。的定義方式相同。At0的被評估對象的初始健康狀態與A。的被評估對象的健康狀態相同，也用被評估對象初始損傷向量d。表示，在後面的循環過程中Attj的被評估對象的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量d。表示；索結構處於Attj狀態時，本方法用被監測量當前初始數值向量Ct0表示所有被監測量的具體數值，Ct0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At。和A。兩種狀態時的具體數值。在初始時刻，Ct0就等於C。，Tt0和d。是At0的參數，Ct0由At0的力學計算結果組成；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(稱為「當前索結構穩態溫度數據向量!"」，向量Tt的定義方式與向量T。的定義方式相同)；如果Tt等於廣，則不需要對Attj進行更新，否則需要對Attj和Tttj進行更新，更新方法是:第一步計算Tt與T。的差，Tt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，Tt與T0的差用穩態溫度變化向量S表示，S等於Tt減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化；第二步對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#。，更新Attj的同時，I"。所有元素數值也用Tt的所有元素數值對應代替，即更新了 1"。，這樣就得到了正確地對應於Attj的Tttj ;更新Cttj的方法是:當更新Attj後，通過力學計算得到Attj中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成C\。[0032]索結構中所有被監測量的當前值組成被監測量當前數值向量C (定義見式(3))。
[0033]C = [C1 C2...Cj...CJt (3)
[0034]式(3)中C」(j=l，2，3，……，M)是索結構中第j個被監測量的當前值，該分量Cj依據編號規則與Cd對應於同一「被監測量」。在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同一時刻，實測得到索結構的所有被監測量的當前實測數值，組成被監測量當前數值向量C0
[0035]3.建立和更新索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣AC的方法。
[0036]索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當前初始力學計算基準模型At0和被監測量當前初始數值向量Cttj的同時，更新索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣認。具體方法如下:
[0037]在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上進行若干次計算，計算次數數值上等於所有被評估對象的數量。每一次計算假設只有一個被評估對象在原有損傷或角位移或集中載荷(用向量d。的對應元素表示)的基礎上再增加單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化，具體的，如果該被評估對象是索系統中的一根支承索，那麼就假設該支承索有單位損傷(例如取5%、10%,20%或30%等損傷為單位損傷)，如果該被評估對象是一個集中載荷，就假設該集中載荷在向量d。表示的該集中載荷已有變化量的基礎上再增加集中載荷單位變化(如果該集中載荷是力偶，集中載荷單位變化可以取lkNm、2kNm、3kNm等為單位變化；如果該集中載荷是集中力，集中載荷單位變化可以取lkN、2kN、3kN等為單位變化)，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的角位移分量，就假設該支座在該位移方向在向量d。表示的該支座已有角位移的基礎上再發生單位角位移(例如取十萬分之一弧度、十萬分之二弧度、十萬分之三弧度等為單位角位移)，用Duk記錄這一單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化，其中k表示發生單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象的編號。用「被評估對象單位變化向量Du」(如式(4)所示)記錄所有的單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化。每一次計算中出現單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象不同於其它次計算中出現單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象，每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的所有被監測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監測量的當前計算值組成一個被監測量計算當前向量(當假設第k個被評估對象有單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化時，可用式(5)表示被監測量計算當前向量Ctk);每一次計算得到被監測量計算當前向量Ctk減去被監測量當前初始數值向量Cttj後再除以該次計算所假設的單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化數值Duk，所得向量就是此條件下(以有單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象的編號為標記)的被監測量單位變化向量(當第k個被評估對象有單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化時，用S Ck表示被監測量單位變化向量，定義見式(6))，被監測量單位變化向量的每一元素表示由於計算時假定有單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化的那個被評估對象的單位角位移、單位損傷或集中載荷單位變化而引起的該元素所對應的被監測量的單位改變量；有」個被評估對象就有N個被監測量單位變化向量，由於有M個被監測量，所以每個被監測量單位變化向量有M個元素，由這N個被監測量單位變化向量依次組成有MXN個元素的被監測量單位變化矩陣AC，AC的定義如式(6)所示。
[0038]
【權利要求】
1.空間坐標監測問題索集中載荷角位移識別方法，其特徵在於所述方法包括: a.為敘述方便起見，本方法統一稱被評估的支座角位移分量、支承索和集中載荷為被評估對象，設被評估的支座角位移分量的數量、支承索的數量和集中載荷的數量之和為N，即被評估對象的數量為N ;確定被評估對象的編號規則，按此規則將索結構中所有的被評估對象編號，該編號在後續步驟中將用於生成向量和矩陣；本方法用變量k表示這一編號，k=l, 2，3，…，N ;確定指定的將被監測空間坐標的被測量點，給所有指定點編號；確定過每一測量點的將被監測的空間坐標分量，給所有被測量空間坐標分量編號；上述編號在後續步驟中將用於生成向量和矩陣；「索結構的全部被監測的空間坐標數據」由上述所有被測量空間坐標分量組成；為方便起見，在本方法中將「索結構的被監測的空間坐標數據」簡稱為「被監測量」;所有被監測量的數量之和記為M，M不得小於N ;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個陰天中每一個陰天的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，每一個陰天的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ATh,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」，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，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，設HBE為H與B和E的乘積，對應的共有HBE個「測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點」，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」；設BE為B和E的乘積，本方法中在每一個選取的海拔高度處共有BE個「相同海拔高度索結構沿厚度的溫度分布數據」;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，參考平板與地面不可接觸，參考平板離地面距離不小於1.5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； 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，其中的最大值稱為索結構表面最大溫差，記為;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0.1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0.1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Λ Th得到的數值，為方便敘述取Λ 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； 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力，組成初始索力向量F。；依據包括索結構設計數據、竣工數據在內的數據得到所有支承索在自由狀態即索力為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。條件下的索力為O時所有支承索的長度、索力為O時所有支承索的橫截面面積以及索力為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力向量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是包括索結構集中載荷測量數據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積載荷測量數據、索結構支座初始角位移測量數據、所有被監測量的初始數值、所有支承索的初始索力數據、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、初始索結構支座廣義坐標數據、初始索結構角度數據、初始索結構空間坐標數據在內的實測數據，在得到初始索結構的實測數據的同時，測量計算得到包括支承索的無損檢測數據在內的能夠表達支承索的健康狀態的數據，此時的能夠表達支承索的健康狀態的數據稱為支承索初始健康狀態數據；所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量C。，被監測量初始數值向量C。的編號規則與M個被監測量的編號規則相同；利用支承索初始健康狀態數據、索結構支座初始角位移測量數據以及索結構集中載荷測量數據建立被評估對象初始損傷向量d。，向量d。表示用初始力學計算基準模型A。表示的索結構的被評估對象的初始健康狀態；被評估對象初始損傷向量d。的元素個數等於N，d。的元素與被評估對象是--對應關係，向量d。的元素的編號規則與被評估對象的編號規則相 同；如果d。的某一個元素對應的被評估對象是索系統中的一根支承索，那麼d。的該元素的數值代表對應支承索的初始損傷程度，若該元素的數值為O，表示該元素所對應的支承索是完好的，沒有損傷的，若其數值為100%，則表示該元素所對應的支承索已經完全喪失承載能力，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d。的某一個元素對應的被評估對象是某一個支座的某一個角位移分量，那麼d。的該元素的數值代表這個支座的該角位移分量的初始數值；如果d。的某一個元素對應的被評估對象是某一個集中載荷，本方法中取d。的該元素數值為0，代表這個集中載荷的變化的初始數值為O ;如果沒有索結構支座初始角位移測量數據或者可以認為索結構支座初始角位移為O時，向量d。中與索結構支座角位移相關的各元素數值取O ;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，或者可以認為結構初始狀態為無損傷無鬆弛狀態時，向量d。中與支承索相關的各元素數值取O ;初始索結構支座角坐標數據指索結構設計狀態下的支座角坐標數據，索結構支座初始角位移測量數據指在建立初始力學計算基準模型A。時，索結構支座相對於索結構設計狀態下的支座所發生的角位移； d.根據索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索初始健康狀態數據、索結構支座初始角位移測量數據、索結構集中載荷測量數據、索結構分布載荷測量數據、索結構體積載荷測量數據、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。的被評估對象健康狀態用被評估對象初始損傷向量d。表示；對應於A。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；第一次建立計入「索結構穩態溫度數據」的索結構的當前初始力學計算基準模型#。、被監測量當前初始數值向量Ct。和「當前初始索結構穩態溫度數據向量Tt。」;第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj和被監測量當前初始數值向量Cttj時，索結構的當前初始力學計算基準模型Attj就等於索結構的初始力學計算基準模型A。，被監測量當前初始數值向量Cttj就等於被監測量初始數值向量C。'At0對應的「索結構穩態溫度數據」稱為「當前初始索結構穩態溫度數據」，記為「當前初始索結構穩態溫度數據向量IV』，第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj時，Tt0就等於T。-X0的被評估對象的初始健康狀態與A0的被評估對象的健康狀態相同，也用被評估對象初始損傷向量d。表示，在後面的循環過程中Attj的被評估對象的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量d。表示；T。和d。是A0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Jt0和d。是Attj的參數，Cttj由At0的力學計算結果組成； e.從這裡進入由第e步到第η步的循環；在結構服役過程中，不斷按照「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，「索結構穩態溫度數據」的當前數據稱為「當前索結構穩態溫度數據」，記為「當前索結構穩態溫度數據向量Tt'向量Tt的定義方式與向量Τ。的定義方式相同；在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同一時刻，實測得到索結構中所有M1根支承索的索力數據，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Tt的同一時刻，實測計算得到所有M1根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力向量F。的元素的編號規則相同； f.根據當前索結構穩態溫度數據向量Tt,按照步驟fl至f3更新當前初始力學計算基準模型#。、被監測量當前初始數值向量Cttj和當前初始索結構穩態溫度數據向量Tttj ； fl.比較Tt與Tt0,如果Tt等於滻。，則Y。、Ct0和Tttj保持不變；否則需要按下列步驟對At0和Tttj進行更新； f2.計算Tt與T。的差，Tt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，Tt與T。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等於Tt減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化 ； f3.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#。，更新Y。的同時，I"。所有元素數值也用Tt的所有元素數值對應代替，即更新了 1"。，這樣就得到了正確地對應於Attj的Tttj ;更新Cttj的方法是:當更新Attj後，通過力學計算得到Attj中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成Ct0 -X0的支承索的初始健康狀態始終用被評估對象初始損傷向量d。表示； g.在當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上按照步驟gl至g4進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣Λ C和被評估對象單位變化向量Du ； gl.索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣△ C是不斷更新的，即在更新當前初始力學計算基準模型#。、被監測量當前初始數值向量Cttj和當前初始索結構穩態溫度數據向量Tt0之後，必須接著更新索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣△ C和被評估對象單位變化向量Du ； g2.在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等於所有被評估對象的數量N，有N個評估對象就有N次計算；依據被評估對象的編號規則，依次進行計算；每一次計算假設只有一個被評估對象在原有損傷或角位移或集中載荷的基礎上再增加單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化，具體的，如果該被評估對象是索系統中的一根支承索，那麼就假設該支承索在向量d。表示的該支承索已有損傷的基礎上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的角位移分量，就假設該支座在該位移方向再增加單位角位移，如果該被評估對象是一個集中載荷，就假設該集中載荷在向量d。表示的該集中載荷已有變化量的基礎上再增加集中載荷單位變化，用Duk記錄這一增加的單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化，其中k表示增加單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化的被評估對象的編號，Duk是被評估對象單位變化向量Du的一個元素，被評估對象單位變化向量Du的元素的編號規則與向量d。的元素的編號規則相同；每一次計算中增加單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化的被評估對象不同於其它次計算中增加單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化的被評估對象，每一次計算都利用力學方法計算索結構的所有被監測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監測量的當前計算值組成一個被監測量計算當前向量，被監測量計算當前向量的元素編號規則與被監測量初始數值向量C。的元素編號規則相同； g3.每一次計算得到的被監測量計算當前向量減去被監測量當前初始數值向量Cttj得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以該次計算所假設的單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化數值，得到一個被監測量單位變化向量，有N個被評估對象就有N個被監測量單位變化向量； g4.由這N個被監測量單位變化向量按照N個被評估對象的編號規則，依次組成有N列的索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣△ C ;索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣AC的每一列對應於一個被監測量單位變化向量；索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC的每一行對應於同一個被監測量在不同被評估對象增加單位損傷或單位角位移或集中載荷單位變化時的不同的單位變化幅度；索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣△(:的列的編號規則與向量d。的元素的編號規則相同，索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣AC的行的編號規則與M個被監測量的編號規則相同； h.在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量Tt的同時，實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Tt的時刻的同一時刻的索結構的所有被監測量的當前實測數值，組成被監測量當前數值向量C ;被監測量當`前`數值向量C和被監測量當前初始數值向量Cttj與被監測量初始數值向量C。的定義方式相同，三個向量的相同編號的元素表示同一被監測量在不同時刻的具體數值；. 1.定義被評估對象當前名義損傷向量d，被評估對象當前名義損傷向量d的元素個數等於被評估對象的數量，被評估對象當前名義損傷向量d的元素和被評估對象之間是一一對應關係，被評估對象當前名義損傷向量d的元素數值代表對應被評估對象的名義損傷程度或名義角位移或名義集中載荷變化量；向量d的元素的編號規則與向量d。的元素的編號規則相同； j.依據被監測量當前數值向量C同被監測量當前初始數值向量Ct。、索結構單位損傷被監測量數值變化矩陣△(:和待求的被評估對象當前名義損傷向量d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d外的其它量均為已知，求解式I就可以算出被評估對象當前名義損傷向量d;
【文檔編號】G01K13/00GK103616215SQ201310661976
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】韓玉林, 宋靜然, 韓佳邑 申請人:東南大學