[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于索力監(jiān)測(cè)的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010140114.8
• 申請(qǐng)日: 2010-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101806668A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓玉林;張居鎖
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M19/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M19/00;G01B21/32;G01B21/22;G01B21/00;G01N19/08;G01L5/00
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

斜拉橋、懸索橋、桁架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們有許多承受拉伸載荷的部件，如斜拉索、主纜、吊索、拉桿等等，該類(lèi)結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是以索、纜或僅承受拉伸載荷的桿件為支承部件，為方便起見(jiàn)本發(fā)明將該類(lèi)結(jié)構(gòu)表述為“索結(jié)構(gòu)”。在索結(jié)構(gòu)的服役過(guò)程中，索結(jié)構(gòu)的支承系統(tǒng)(指所有承載索、及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的桿件，為方便起見(jiàn)，本專(zhuān)利將該類(lèi)結(jié)構(gòu)的全部支承部件統(tǒng)一稱(chēng)為“索系統(tǒng)”，但實(shí)際上索系統(tǒng)不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的桿件)會(huì)受損，同時(shí)索結(jié)構(gòu)的支座也可能出現(xiàn)位移，這些變化對(duì)索結(jié)構(gòu)的安全是一種威脅，本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，基于索力監(jiān)測(cè)來(lái)識(shí)別支座位移、識(shí)別索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索、識(shí)別需調(diào)整索力的支承索，并給出具體的索長(zhǎng)調(diào)整量，屬工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

支座位移對(duì)索結(jié)構(gòu)安全是一項(xiàng)重大威脅，同樣的，索系統(tǒng)的損傷和松弛也將對(duì)結(jié)構(gòu)的安全造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起結(jié)構(gòu)的失效，因此準(zhǔn)確及時(shí)地識(shí)別支座位移、受損索和松弛索(即需調(diào)整索力的支承索)是非常必要的。

索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)支座位移、受損索和松弛索后會(huì)引起結(jié)構(gòu)的可測(cè)量參數(shù)的變化，例如會(huì)引起索力的變化，實(shí)際上索力的變化包含了索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)信息，也就是說(shuō)可以利用結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，可以基于索力監(jiān)測(cè)(本發(fā)明將被監(jiān)測(cè)的索力稱(chēng)為“被監(jiān)測(cè)量”，后面提到“被監(jiān)測(cè)量”就是指被監(jiān)測(cè)的索力)來(lái)識(shí)別支座位移、受損索和松弛索。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明公開(kāi)了一種基于索力監(jiān)測(cè)的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，在索結(jié)構(gòu)支座出現(xiàn)位移的情況下、在有較多的索同步受損或松弛的條件下可以非常準(zhǔn)確地監(jiān)

測(cè)評(píng)估出索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)(包括所有支座位移、所有松弛索和受損索的位置、及其松弛程度或損傷程度)。

技術(shù)方案：依據(jù)支承索的索力變化的原因，可將支承索的索力變化分為三種情況：一是支承索受到了損傷，例如支承索出現(xiàn)了局部裂紋和銹蝕等等；二是支承索并無(wú)損傷，但索力也發(fā)生了變化，出現(xiàn)這種變化的主要原因之一是支承索自由狀態(tài)

(此時(shí)索張力也稱(chēng)索力為0)下的索長(zhǎng)度(稱(chēng)為自由長(zhǎng)度，本發(fā)明專(zhuān)指支承索兩支承端點(diǎn)間的那段索的自由長(zhǎng)度)發(fā)生了變化；三是支承索并無(wú)損傷，但索結(jié)構(gòu)支座有了位移(其中在重力方向的分量就被稱(chēng)為沉降)，也會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，當(dāng)然也就會(huì)引起索力的變化。為了方便，本發(fā)明將自由長(zhǎng)度發(fā)生變化的支承索統(tǒng)稱(chēng)為松弛索。

設(shè)索的數(shù)量和支座位移分量的數(shù)量之和為N。為敘述方便起見(jiàn)，本發(fā)明統(tǒng)一稱(chēng)被評(píng)估的索和支座位移為“被評(píng)估對(duì)象”，給被評(píng)估對(duì)象連續(xù)編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。本發(fā)明用用變量i表示這一編號(hào)，i＝1，2，3，...，N，因此可以說(shuō)有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象。

設(shè)索系統(tǒng)中共有Q根支承索，結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)包括這Q根支承索的索力，顯然Q小于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量N。僅僅通過(guò)Q個(gè)支承索的Q個(gè)索力數(shù)據(jù)來(lái)求解未知的N個(gè)被評(píng)估對(duì)象的狀態(tài)是不可能的，本發(fā)明在監(jiān)測(cè)全部Q根支承索索力的基礎(chǔ)上，增加對(duì)不少于(N-Q)個(gè)其他被監(jiān)測(cè)量。

增加的不少于(N-Q)個(gè)的其他被監(jiān)測(cè)量仍然是索力，敘述如下：

在結(jié)構(gòu)上人為增加M₂(M₂不小于N-Q)根索，新增加的M₂根索的剛度同索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的剛度相比，可以小很多，例如小10倍，新增加的M₂根索的索力應(yīng)當(dāng)較小，例如其橫截面正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于其疲勞極限，這些要求可以保證新增加的M₂根索不會(huì)發(fā)生疲勞損傷，新增加的M₂根索的兩端應(yīng)當(dāng)充分錨固，保證不會(huì)出現(xiàn)松弛，新增加的M₂根索應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值姆栏g保護(hù)，保證新增加的M₂根索不會(huì)發(fā)生損傷和松弛，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中將監(jiān)測(cè)這新增加的M₂根索的索力。

綜合上述被監(jiān)測(cè)量，整個(gè)結(jié)構(gòu)共有M(M＝Q+M₂)根索的M個(gè)被監(jiān)測(cè)量，M不得小于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量N。

為方便起見(jiàn)，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的所有參量”簡(jiǎn)稱(chēng)為“被監(jiān)測(cè)量”。給M個(gè)被監(jiān)測(cè)量連續(xù)編號(hào)，該編號(hào)在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。

本發(fā)明由兩大部分組成。分別是：一、建立用于識(shí)別支座位移、受損索和松弛索的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的知識(shí)庫(kù)和參量的方法、基于知識(shí)庫(kù)(含參量)、基于被監(jiān)測(cè)量等量的監(jiān)測(cè)的、識(shí)別索結(jié)構(gòu)的支座位移、受損索和松弛索的方法。二、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件和硬件部分。