[發明專利]支座廣義位移時基于應變監測的索系統的健康監測方法

無效

• 申請號: 201110143053.5
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102323082A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 韓玉林;韓佳邑
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01B21/02;G01B21/32;G01L5/04
• 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

技術領域

斜拉橋、懸索橋、桁架結構等結構有一個共同點，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，該類結構的共同點是以索、纜或僅承受拉伸載荷的桿件為支承部件，為方便起見本發明將該類結構表述為“索結構”。在有支座廣義位移（例如支座廣義位移指支座沿X、Y、Z軸的線位移及支座繞X、Y、Z軸的角位移；對應于支座廣義位移，支座廣義坐標指支座關于X、Y、Z軸的坐標及支座關于X、Y、Z軸的角坐標）時，本發明基于應變監測來識別索結構的支承系統（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，本專利將該類結構的全部支承部件統一稱為“索系統”，但實際上索系統不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的桿件）中的受損索（對桁架結構就是指受損的僅承受拉伸載荷的桿件），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的索系統中的受損索（如前所述也指僅承受拉伸載荷的桿件）是一種極具潛力的方法。索系統的健康狀態發生變化后，會引起結構的可測量參數的變化，例如索結構的變形或應變會發生變化，實際上應變的變化包含了索系統的健康狀態信息，也就是說可以利用結構應變數據判斷結構的健康狀態，可以基于應變監測（本發明將被監測的應變稱為“被監測量”，后面提到“被監測量”就是指被監測的應變）來識別受損索，被監測量除了受索系統健康狀態的影響外，還會受索結構支座廣義位移（常常會發生）的影響，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。

在支座廣義位移時，為了能對索結構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變形或應變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：本發明的目的是在索結構支座有廣義位移時，針對索結構中索系統的健康監測問題，公開了一種基于應變監測的、能夠合理有效地監測索結構中支座廣義位移時基于應變監測的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系統所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫（含參量）和實測索結構的應變（或變形）及實測索結構支座廣義位移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。具體如下：

1.?建立索結構的初始力學計算基準模型A_o（例如有限元基準模型）和當前力學計算基準模型A^t_o（例如有限元基準模型）的方法。在本發明中A_o是不變的。A^t_o是不斷更新的。建立A_o、建立和更新A^t_o的方法如下。

建立A_o時，根據索結構完工之時的索結構的實測數據（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、索結構支座廣義坐標數據、索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、索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據）和設計圖、竣工圖，利用力學方法（例如有限元法）建立A_o；如果沒有索結構完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結構進行實測，得到索結構的實測數據（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、索結構支座廣義坐標數據、索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、索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據），根據此數據和索結構的設計圖、竣工圖，利用力學方法（例如有限元法）建立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（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%。這樣可保證利用A_o計算所得的模擬情況下的應變計算數據、索力計算數據、索結構形狀計算數據和位移計算數據、索結構角度數據等，可靠地接近所模擬情況真實發生時的實測數據。對應于A_o的索結構支座廣義坐標數據組成初始索結構支座廣義坐標向量U_o。