[發明專利]基于空間坐標監測的索結構中索系統的健康監測方法

有效

• 申請號: 200810020850.2
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN101334338A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 韓玉林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00;G01B21/00;G06F17/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明基于空間坐標監測來識別索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的索系統(指所有承載索)中的受損索，屬工程結構健康監測領域。

背景技術

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，基于結構健康監測技術來識別索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的索系統中的受損索是一種極具潛力的方法。目前結構健康監測技術主要通過對索力的監測，根據索力的變化來識別受損索及其損傷程度。然而就單一索而言，其索力變化同其健康狀況(損傷程度)有明確的、單調變化的關系，但是，當這根索是索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的索系統中的一根時，由于每一根特定索的索力變化不僅僅受它自身健康狀況的影響，還受其它索健康狀況的影響，因此觀察每一根特定索的索力的變化時，即使在該索相同健康狀況(相同損傷程度或無損傷)條件下，也會監測到其索力變化忽正忽負、忽大忽小的現象，這對受損索的識別是非常不利的。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。每一根索的健康狀況除了會影響所有索的索力外，還會影響索結構的形狀或空間坐標，目前還沒有出現公開報道的通過對索結構的形狀或空間坐標的監測來實現索系統的健康監測的系統和方法。

為了能對索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)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索結構的形狀或空間坐標的變化同索系統中所有索的健康狀況間的關系的方法，基于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：本發明的目的是針對索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)中索系統的健康監測問題，公開了一種能夠合理有效地監測索結構(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的基于空間坐標監測的索結構中索系統的健康監測方法。

技術方案：本發明由三大部分組成。分別是建立索系統健康監測所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測索結構的空間坐標(或形狀)的索系統健康狀態評估方法、健康監測系統的軟件和硬件部分。

本發明的第一部分：建立用于索系統健康監測的知識庫和參量的方法。可分為如下三個步驟：

1.建立索結構的計算基準模型(例如有限元基準模型)。根據索結構的設計圖、竣工圖和索結構的實測數據(包括結構形狀數據、索力數據、結構模態數據等實測數據，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數據、索力數據、橋的模態數據)，利用力學方法(例如有限元法)建立該結構的計算(例如有限元)基準模型，基于該計算基準模型(例如有限元基準模型)計算得到的結構計算數據(對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數據、索力數據、橋的模態數據)必須非常接近其實測數據，誤差一般不得大于5％。這樣可保證在此計算基準模型上計算所得的模擬情況下的索力計算數據、結構形狀計算數據和空間坐標計算數據等，可靠地接近模擬情況真實發生時的實測數據。

結構形狀數據由結構上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，結構形狀數據的變化就是K個指定點的所有坐標分量的變化。每次共有M(M＝K×L)個坐標測量值或計算值來表征結構形狀。K和M一般不得小于索的數量。在后面提到結構形狀時，可以當作結構空間坐標理解，反之亦然。

設索系統中共有N根索，那么可用向量C_o表示索結構中所有指定點的初始坐標向量(參見式(1))。因在上述條件下，基于索結構的計算基準模型計算所得的指定點的初始坐標可靠地接近于指定點的初始坐標的實測數據，在后面的敘述中，將用同一符號來表示計算值和實測值。

C_o＝[C_o1?C_o2?···?C_oi?···?C_oM]^T????(1)

式(1)中C_oi(i＝1，2，3，.......，M；M≥N)是索結構中第i個初始坐標分量(假設此時該索無損傷)，該分量依據編號規則對應于特定點的一個坐標分量。Ｔ表示向量的轉置(后同)。