[發明專利]有支座沉降時基于空間坐標監測的識別松弛的支承索的方法

有效

• 申請號: 201010127335.1
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101782945A
• 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: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01N19/00;G01L5/04;G01B21/02
• 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基于空間坐標監測的識別松弛的支承索的方法，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；“結構的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，將“結構的被監測的空間坐標數據”稱為“被監測量”；測量點的數量不得小于索的數量；所有被測量空間坐標分量的數量之和不得小于索的數量；

c.利用能夠表達索的健康狀態的無損檢測數據建立初始虛擬損傷向量d_o；如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達索的健康狀態的數據時，向量d_o的各元素數值取0；

d.在建立初始虛擬損傷向量d_o的同時，直接測量計算得到索結構的所有被監測量的初始數值，組成被監測量的初始數值向量C_o；

e.在建立初始虛擬損傷向量d_o和被監測量的初始數值向量C_o的同時，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_o；同時，依據結構設計數據、竣工數據得到所有支承索的初始自由長度，組成初始自由長度向量l_o；同時，依據結構設計數據、竣工數據或實測得到索結構的初始幾何數據；同時，實測或根據結構設計、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積；

f.建立索結構的初始力學計算基準模型A_o，建立初始索結構支座坐標向量U_o，建立索結構當前力學計算基準模型A^t_o；依據索結構竣工之時的索結構的實測數據，該實測數據包括索結構形狀數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座坐標數據、索結構模態數據、所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積，以及能夠表達索的健康狀態的無損檢測數據，依據設計圖和竣工圖，利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A_o；如果沒有索結構竣工之時的結構的實測數據，那么就在建立健康監測系統前對該索結構進行實測，同樣得到索結構的實測數據，根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，同樣利用力學方法建立索結構的初始力學計算基準模型A_o；不論用何種方法獲得A_o，基于A_o計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，其間的差異不得大于5％；對應于A_o的索結構支座坐標數據組成初始索結構支座坐標向量U_o；A_o和U_o是不變的；為敘述方便，命名“索結構當前力學計算基準模型A^t_o”，在結構服役過程中A^t_o根據需要會不斷更新，開始時，A^t_o等于A_o；同樣為敘述方便，命名“當前索結構實測支座坐標向量U^t”，在結構服役過程中，不斷實測獲得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”，向量U^t的元素與向量U_o相同位置的元素表示相同支座的相同方向的坐標；為敘述方便起見，將上一次更新A^t_o時的索結構支座坐標當前數據記為當前索結構支座坐標向量U^t_o；開始時，A^t_o等于A_o，U^t_o等于U_o；A_o對應的索的健康狀態由d_o描述；

g.健康監測系統開始工作時，令A^t_o等于A_o；在結構服役過程中不斷實測獲得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，根據當前索結構實測支座坐標向量U^t，按照步驟g1、g2更新索結構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；

g1.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^t_o，則不需要對A^t_o進行更新；

g2.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的差就是當前索結構支座關于在建立A_o時的索結構支座的當前支座位移，用當前支座位移向量V表示支座位移，當前支座位移向量V中的元素與支座位移分量之間是一一對應關系，當前支座位移向量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當前支座位移向量V中對應元素的數值，對A_o中的索結構支座施加當前支座位移約束后，最終得到的就是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U^t所有元素數值代替，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；

h.在索結構當前力學計算基準模型A^t_o的基礎上按照步驟h1、h2、h3、h4進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和名義虛擬單位損傷向量D_u；

h1.健康監測系統第一次開始工作時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和名義虛擬單位損傷向量D_u；以后，如果步驟g中對A^t_o進行了更新，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得索結構虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC和名義虛擬單位損傷向量D_u，如果在步驟g中沒有對A^t_o進行更新，則在此處直接轉入步驟i進行后續工作；

h2.在索結構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在原有虛擬損傷的基礎上再增加虛擬單位損傷，每一次計算中出現虛擬單位損傷的索不同于其它次計算中出現虛擬單位損傷的索，并且每一次假定有虛擬單位損傷的索的虛擬單位損傷值能夠不同于其他索的虛擬單位損傷值，用“名義虛擬單位損傷向量D_u”記錄所有索的假定的單位損傷，每一次計算得到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“被監測量的當前計算數值向量”；當假設第j根索有單位損傷時，能夠用C_tj表示對應的“被監測量的當前計算數值向量C_tj”；在本步驟中給各向量的元素編號時，應同其它向量使用同一編號規則，這樣能夠保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監測量或同一對象的相關信息；

h3.每一次計算得到的那個“被監測量的當前計算數值向量C_tj”減去“被監測量的初始數值向量C_o”得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的虛擬單位損傷值后得到一個“被監測量的數值變化向量”；有N根索就有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“虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC”；“虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC”的每一列對應于一個“被監測量的數值變化向量”；“虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣”的列的編號規則與當前名義虛擬損傷向量d_c和當前實際虛擬損傷向量d的元素編號規則相同；

i.實測得到索結構的所有支承索的當前索力，組成當前索力向量F；同時，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”；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。給本步及本步之前出現的所有向量的元素編號時，應使用同一編號規則，這樣能夠保證本步及本步之前和之后出現的各向量的、編號相同的元素，表示同一被監測量的、對應于該元素所屬向量所定義的相關信息；

j.定義待求的當前名義虛擬損傷向量d_c和當前實際虛擬損傷向量d；損傷向量d_o、d_c和d的元素個數等于索的數量，損傷向量的元素和索之間是一一對應關系，損傷向量的元素數值代表對應索的虛擬損傷程度或健康狀態；

k.依據“被監測量的當前數值向量C”同“被監測量的初始數值向量C_o”、“虛擬單位損傷被監測量數值變化矩陣ΔC”和“當前名義虛擬損傷向量d_c”間存在的近似線性關系，該近似線性關系能夠表達為式1，式1中除d_c外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當前名義虛擬損傷向量d_c；

C＝C_o+ΔC·d_c?????????式1

1.利用式2表達的當前實際虛擬損傷向量d的元素d_j同初始虛擬損傷向量d_o的元素d_oj和當前名義虛擬損傷向量d_c的元素d_cj間的關系，計算得到當前實際虛擬損傷向量d的所有元素；

d_j＝1-(1-d_oj)(1-d_cj)?????????式2

式2中j＝1，2，3，……，N；

由于當前實際虛擬損傷向量d的元素數值代表對應索的當前實際虛擬損傷程度，即實際松弛程度或實際損傷程度，當前實際虛擬損傷向量d中數值不為0的元素對應的支承索就是有問題的支承索，有問題的支承索是松弛索、或者是受損索，其數值反應了松弛或損傷的程度；

m.從第1步中識別出的有問題的支承索中鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；

n.利用在第1步獲得的當前實際虛擬損傷向量d得到松弛索的當前實際虛擬損傷程度，利用在第i步獲得的當前索力向量F，利用在第i步獲得的所有支承索的兩個支承端點的空間坐標，利用在第e步獲得的初始自由長度向量l_o，利用在第e步獲得的所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積數據，通過將松弛索同受損索進行力學等效來計算松弛索的、與當前實際虛擬損傷程度等效的松弛程度，等效的力學條件是：一、兩等效的索的無松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；二、松弛或損傷后，兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同；滿足上述兩個等效條件時，這樣的兩根支承索在結構中的力學功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受損索后，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松弛索的松弛程度，松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松弛識別和損傷識別，計算時所需索力由當前索力向量F對應元素給出。