[發明專利]有支座沉降時的基于角度監測的索系統的健康監測方法

有效

• 申請號: 201010127291.2
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101782472A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 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;G01B21/22;G01L5/04;G01N19/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種有支座沉降時的基于角度監測的索系統的健康監測方法，其特征在于所述方法包括：

a.設共有N根索，首先確定索的編號規則，按此規則將索結構中所有的索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；

b.確定指定的被測量點，給所有測量點編號；確定過每一測量點的被測量直線，給所有指定的被測量直線編號；確定每一被測量直線的被測量的角度坐標分量，給所有被測量角度坐標分量編號；上述編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；“結構的全部被監測的角度數據”由上述所有被測量角度坐標分量組成；為方便起見，在本發明中將“結構的被監測的角度數據”簡稱為“被監測量”；測量點的數量不得小于索的數量；所有被測量角度坐標分量的數量之和不得小于索的數量；

c.直接測量計算得到索結構的所有被監測量的初始數值，組成被監測量初始向量C_o；在實測得到被監測量初始向量C_o的同時，實測得到索結構的所有索的初始索力數據、結構的初始幾何數據和初始索結構支座坐標數據，初始索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量U_o；

d.根據索結構的設計圖、竣工圖和索結構的實測數據、索的無損檢測數據和初始索結構支座坐標向量U_o建立索結構的初始力學計算基準模型A_o并第一次建立索結構的當前力學計算基準模型A^t_o，索結構的實測數據至少包括索結構的所有索的初始索力數據、初始索結構支座坐標數據和索結構的初始幾何數據；第一次建立索結構的當前力學計算基準模型A^t_o時，索結構的當前力學計算基準模型A^t_o就等于索結構的初始力學計算基準模型A_o；對應于索結構的當前力學計算基準模型A^t_o的索結構支座坐標數據組成當前索結構支座坐標向量U^t_o，第一次建立索結構的當前力學計算基準模型A^t_o時，U^t_o就等于U_o；

e.從這里進入由第e步到第k步的循環；在索結構服役過程中，不斷實測得到索結構支座坐標當前數據，所有索結構支座坐標當前數據組成當前索結構實測支座坐標向量U^t；

f.根據當前索結構實測支座坐標向量U^t，按照步驟f1至f2更新當前力學計算基準模型A^t_o和當前索結構支座坐標向量U^t_o；

f1.在步驟e中實測得到當前索結構實測支座坐標向量U^t后，比較U^t和U^t_o，如果U^t等于U^t₀，則A^t₀和U^t₀保持不變；

f2.在步驟e中實測得到當前索結構實測支座坐標向量U^t后，比較U^t和U^t_o，如果U^t不等于U^t_o，則需要對A^t_o和U^t_o進行更新，更新方法是：先計算U^t與U_o的差，U^t與U_o的差就是索結構支座關于初始位置的當前支座位移，用支座位移向量V表示支座位移，支座位移向量V中的元素與支座位移分量之間是一一對應關系，支座位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移，其中支座位移在重力方向的分量就是支座沉降量；更新A^t_o的方法是對A_o中的索結構支座施加當前支座位移約束，當前支座位移約束的數值就取自支座位移向量V中對應元素的數值，對A_o中的索結構支座施加支座位移約束后得到更新的當前力學計算基準模型A^t_o，更新A^t_o的同時，U^t_o所有元素數值也用第e步的U^t所有元素數值對應代替，即更新了U^t_o，這樣就得到了正確地對應于A^t_o的U^t_o；

g.在當前力學計算基準模型A^t_o的基礎上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變化矩陣ΔC和單位損傷標量D_u；

h.實測得到索結構的所有指定被監測量的當前實測數值，組成被監測量的當前數值向量C；

i.定義索系統當前損傷向量d，索系統當前損傷向量d的元素個數等于索的數量，索系統當前損傷向量d的元素和索之間是一一對應關系，索系統當前損傷向量d的元素數值代表對應索的損傷程度或健康狀態；

j.依據被監測量的當前數值向量C同被監測量初始向量C_o、索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC、單位損傷標量D_u和待求的索系統當前損傷向量d間存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式1，式1中除d外的其它量均為已知，求解式1就可以算出索系統當前損傷向量d；由于當前損傷向量d的元素數值代表對應索的損傷程度，所以根據當前損傷向量確定有哪些索受損及其損傷程度，即實現了索結構中索系統的健康監測；若當前索損傷向量的某一元素的數值為0，表示該元素所對應的索是完好的，沒有損傷的；若其數值為100％，則表示該元素所對應的索已經完全喪失承載能力；若其數值介于0和100％之間，則表示該索喪失了相應比例的承載能力；

C=Co+1DuΔC·d]]>式1

k.回到第e步，開始由第e步到第k步的下一次循環。

2.根據權利要求1所述的有支座沉降時的基于角度監測的索系統的健康監測方法，其特征在于在步驟g中，在當前力學計算基準模型A^t_o的基礎上，通過若干次力學計算獲得索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC和單位損傷標量D_u的具體方法為：

g1.索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC是不斷更新的，即在更新當前力學計算基準模型A^t_o和當前索結構支座坐標向量U^t_o的同時，必須同時更新索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC和單位損傷標量D_u；

g2.在索結構的當前力學計算基準模型A^t_o的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于所有索的數量，有N根索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根索有單位損傷標量D_u，每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，每一次計算得到索結構中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；

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初始向量得到一個被監測量變化向量；有N根索就有N個被監測量變化向量；

g4.由這N個被監測量變化向量依次組成有N列的索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC；索結構單位損傷被監測量變化矩陣ΔC的每一列對應于一個被監測量變化向量。