[發明專利]基于索力監測的識別受損索和支座位移的健康監測方法

有效

• 申請號: 201010137527.0
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101819096A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 韓玉林;萬江
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00;G01B21/32;G01B21/22;G01B21/00;G01N19/08;G01L5/00
• 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

1.一種基于索力監測的識別受損索和支座位移的健康監測方法，其特征在于所述方法包括：

a.被評估的支承索和支座位移分量為被評估對象，設被評估的支承索的數量和支座位移分量的數量之和為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，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；用變量i表示這一編號，i＝1，2，3，...，N；

b.設索系統中共有M₁根支承索，索結構索力數據包括這M₁根支承索的索力，顯然M₁小于被評估對象的數量N；僅僅通過M₁個支承索的M₁個索力數據來求解未知的N個被評估對象的狀態是不可能的，在監測全部M₁根支承索索力的基礎上，在索結構上人為增加M₂根索，在索結構健康監測過程中將監測這新增加的M₂根索的索力；綜合上述被監測量，整個索結構共有M根索的M個索力被監測，即有M個被監測量，其中M為M₁與M₂之和；M不得小于被評估對象的數量N；新增加的M₂根索的剛度同索結構的任意一根支承索的剛度相比，小得多；新增加的M₂根索的索力比索結構的任意一根支承索的索力小得多，保證即使這新增加的M₂根索出現了損傷或松弛，對索結構其他構件的應力、應變、變形的影響微乎其微；新增加的M₂根索的橫截面上正應力小于其疲勞極限，保證新增加的M₂根索不會發生疲勞損傷；新增加的M₂根索的兩端充分錨固，保證不會出現松弛；新增加的M₂根索得到充分的防腐蝕保護，保證新增加的M₂根索不會發生損傷和松弛；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，用變量j表示這一編號，j＝1，2，3，...，M，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；

c.直接測量計算得到索結構的所有M個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、索結構的初始幾何數據和初始索結構支座坐標數據；

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數據，建立索結構的力學計算基準模型A_o；基于力學計算基準模型A_o計算得到索結構的計算數據必須非常接近其實測數據，誤差不得大于5％；

e.在力學計算基準模型A_o的基礎上進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構被監測量單位變化矩陣ΔC；具體方法為

e1.在索結構的力學計算基準模型A_o的基礎上進行若干次力學計算，計算次數數值上等于N；每一次計算假設只有一個被評估對象有單位損傷或單位位移，合稱單位損傷或單位位移為單位變化，如果該被評估對象是索系統中的一根支承索，那么就假設該支承索有單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的位移分量，就假設該支座在該位移方向發生單位位移，用D_ui記錄這一單位損傷或單位位移，其中i表示發生單位損傷或單位位移的被評估對象的編號；每一次計算中出現單位損傷或單位位移的被評估對象不同于其它次計算中出現單位損傷或單位位移的被評估對象，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不同元素對應于不同的被監測量；

e2.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后再除以該次計算所假設的單位損傷或單位位移數值，得到一個被監測量變化向量，有N個被評估對象就有N個被監測量變化向量；

e3.由這N個被監測量變化向量依次組成有N列的索結構被監測量單位變化矩陣ΔC；索結構被監測量單位變化矩陣ΔC的每一列對應于一個被監測量變化向量，索結構被監測量單位變化矩陣ΔC的每一行對應于同一個被監測量在不同被評估對象發生單位變化時的不同的變化幅度，其中，一個被監測量對應于一根索，索結構被監測量單位變化矩陣ΔC的不同行對應于不同索的索力在不同被評估對象發生單位變化時的不同的變化幅度；

f.在索結構健康監測過程中，對新增加的M₂根索進行無損檢測，從中鑒別出出現損傷或松弛的索；

g.依據被監測量編號規則，從被監測量初始向量C_o中去除步驟f中鑒別出的出現損傷或松弛的索對應的元素；

h.依據被監測量編號規則，從索結構被監測量單位變化矩陣ΔC中去除步驟f中鑒別出的出現損傷或松弛的索對應的行；

i.實測得到索結構的所有被監測量的當前實測數值，組成被監測量的當前數值向量C，然后從被監測量的當前數值向量C中去除步驟f中鑒別出的出現損傷或松弛的索對應的元素；

j.定義被評估對象當前狀態向量d，被評估對象當前狀態向量d的元素個數等于被評估對象的數量，被評估對象當前狀態向量d的元素和被評估對象之間是一一對應關系，被評估對象當前狀態向量d的元素數值代表對應被評估對象的損傷程度或位移；

k.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、索結構被監測量單位變化矩陣ΔC和待求的被評估對象當前狀態向量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就可以算出被評估對象當前狀態向量d；由于被評估對象當前狀態向量d的元素數值代表對應被評估對象的損傷程度或位移，所以根據被評估對象當前狀態向量確定有哪些索受損及其損傷程度，可以確定支座位移，即實現了支座位移的評估和索結構中索系統的健康狀態評估；如果被評估對象當前狀態向量d的一個元素對應的該被評估對象是支承索，那么該被評估對象當前狀態向量d的元素數值代表對應索的損傷程度或健康狀態，若解得的該元素的數值為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；如果被評估對象當前狀態向量d的一個元素對應的該被評估對象是一個支座位移分量，那么該被評估對象當前狀態向量d的元素數值代表對應支座位移分量的數值；

C＝C_o+ΔC?·d????式1。?