專利名稱：支座角位移溫度變化空間坐標監(jiān)測受損索逼近式識別方法
技術領域：
斜拉橋、懸索橋、桁架結(jié)構等結(jié)構有ー個共同點，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(jié)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，為方便起見本方法將該類結(jié)構表述為“索結(jié)構”。隨著環(huán)境溫度的變化，索結(jié)構的溫度也會發(fā)生變化，在索結(jié)構溫度發(fā)生變化時，在有支座角位移(例如支座繞坐標軸Χ、γ、ζ的轉(zhuǎn)動，實際上就是支座繞坐標軸Χ、Υ、Ζ的角位移)時，本方法基于空間坐標監(jiān)測來識別索結(jié)構的支承系統(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，本專利將該類結(jié)構的全部支承部件統(tǒng)ー稱為“索系統(tǒng)”，但實際上索系統(tǒng)不僅僅指支承索，也包括僅承受拉伸載荷的桿件，本方法中用“支承索”這一名詞指稱所有承載索及所有起支承作用的僅承受拉伸載荷的桿件)中的受損索(對桁架結(jié)構就是指受損的僅承受拉伸載荷的桿件)，屬工程結(jié)構健康監(jiān)測領域。
背景技術：
支承索系統(tǒng)的健康狀態(tài)發(fā)生變化(例如發(fā)生損傷)后，除了會引起索力的變化外，還會引起結(jié)構的其它可測量參數(shù)的變化，例如索結(jié)構的空間坐標會發(fā)生變化，實際上空間坐標的變化包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息，也就是說可以利用結(jié)構空間坐標數(shù)據(jù)判斷結(jié)構的健康狀態(tài)，可以基于空間坐標監(jiān)測(本方法將被監(jiān)測的空間坐標稱為“被監(jiān)測量”，后面提至IJ“被監(jiān)測量”就是指被監(jiān)測的空間坐標)來識別受損索。被監(jiān)測量除了受索系統(tǒng)健康狀態(tài)的影響外，還會受索結(jié)構溫度變化(常常會發(fā)生)和索結(jié)構支座角位移的影響，在索結(jié)構溫度發(fā)生變化和索結(jié)構支座發(fā)生角位移的條件下，如果能夠基于對被監(jiān)測量的監(jiān)測來實現(xiàn)對有健康問題的支承索的識別，對索結(jié)構的安全具有重要的價值，目前還沒有一種公開的、有效的健康監(jiān)測系統(tǒng)和方法解決了此問題。在索結(jié)構支座角位移溫度變化時，為了能對索結(jié)構的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)有可靠的監(jiān)測和判斷，必須有一個能夠合理有效的建立每ー個被監(jiān)測量變化同索系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)可以給出更可信的索系統(tǒng)的健康評估。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本方法的目的是在索結(jié)構有溫度變化時，針對索結(jié)構中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測問題，公開了ー種基于空間坐標監(jiān)測的、能夠合理有效地監(jiān)測索結(jié)構中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測方法。技術方案本方法由三部分組成。分別是一、“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”;ニ、建立索系統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監(jiān)測量的索系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法；三、健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。本方法的第一部分“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”。首先確定“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”。由于索結(jié)構的溫度可能是變化的，例如索結(jié)構的不同部位的溫度是隨著日照強度的變化而變化、隨著環(huán)境溫度的變化而變化的，索結(jié)構的表面與內(nèi)部的溫度有時可能是隨時間變化的，索結(jié)構的表面與內(nèi)部的溫度可能是不同的，索結(jié)構的表面與內(nèi)部的溫度差是隨時間變化的，這就使得考慮溫度條件時的索結(jié)構的力學計算和監(jiān)測相當復雜，為簡化問題、減少計算量和降低測量成本，更是為了提高計算精度，本方法提出“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”，具體如下第一歩，查詢或?qū)崪y得到索結(jié)構組成材料及索結(jié)構所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學參數(shù)，利用索結(jié)構的設計圖、竣工圖和索結(jié)構的幾何實測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)和參數(shù)建立索結(jié)構的傳熱學計算模型。查詢索結(jié)構所在地不少于2年的近年來的氣象資料，統(tǒng)計得到這段時間內(nèi)的陰天數(shù)量記為T個陰天，統(tǒng)計得到T個陰天中每ー個陰天的O時至次日日出 時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律確定的氣象學上的日出時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學計算得到所需的每一日的日出時亥IJ，每ー個陰天的O時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為Λ ；。查詢索結(jié)構所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的氣象資料或?qū)崪y得到索結(jié)構所處環(huán)境的溫度隨時間和海抜高度的變化數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，計算得到索結(jié)構所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結(jié)構所處環(huán)境的溫度關于海抜高度的最大變化率△'，為方便敘述取ATh的単位為。C/m。在索結(jié)構的表面上取“R個索結(jié)構表面點”，后面將通過實測得到這R個索結(jié)構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結(jié)構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構表面溫度計算數(shù)據(jù)”。在索結(jié)構的表面上取“R個索結(jié)構表面點”吋，“R個索結(jié)構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足的條件在后面敘述。從索結(jié)構所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結(jié)構上均布選取不少于三個不同的海拔高度，在每ー個選取的海拔高度處、在水平面與索結(jié)構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結(jié)構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結(jié)構表面的交線”相交，在選取的測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結(jié)構的向陽面外法線方向和索結(jié)構的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構中均布選取不少于三個點，特別的，對干支承索沿每ー個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，其中沿與同一“水平面與索結(jié)構表面的交線”相交的、“測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，在本方法中稱為“相同海抜高度索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，設選取了 H個不同的海拔高度，在每ー個海拔高度處，選取了 B個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，特別的，對于支承索E等于1，計索結(jié)構上“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的總數(shù)為HBE個，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”;本方法中將在每ー個選取的海拔高度處“相同海拔高度索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”的個數(shù)溫度分布數(shù)據(jù)”。在索結(jié)構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取ー個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫；在索結(jié)構所在地的空曠無遮擋處選取ー個位置，該位置應當在全年的每一日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質(zhì)的平板，稱為參考平板，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每一日都能得到ー塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監(jiān)測得到參考平板的向陽面的溫度。本方法中對同一個量實時監(jiān)測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘，測量記錄數(shù)據(jù)的時刻稱為實際記錄數(shù)據(jù)時刻。第二步，實時監(jiān)測得到上述R個索結(jié)構表面點的R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)，同時實時監(jiān)測得到前面定義的索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)，同時實時監(jiān)測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫數(shù)據(jù)；通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結(jié)構所在環(huán)境的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，記為ATemax ;由索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學計算得到索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，記為Δ Tpmax ;通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的所有R個索結(jié)構表面點的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結(jié)構表面點就有R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由ー個索結(jié)構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到每ー個索結(jié)構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，有R個索結(jié)構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數(shù)值，其中的最大值記為ATsmax ;由每一索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學計算得到每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率，每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化。通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”后，計算在每ー個選取的海抜高度處共計BE個“相同海抜高度索結(jié)構沿厚度的溫 度分布數(shù)據(jù)”中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為“相同海抜高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”，選取了 H個不同的海拔高度就有H個“相同海拔高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海抜高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結(jié)構厚度方向最大溫差”，記為ATtmax。第三步，測量計算獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內(nèi)，參考平板最大溫差ATpmax和索結(jié)構表面最大溫差ATsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內(nèi)，在前面測量計算得到的環(huán)境最大誤差不大于參考日溫差Λ ；，且參 考平板最大溫差Λ Tpmax減去2攝氏度后不大于Δ Temax,且索結(jié)構表面最大溫差Δ Tsmax不大于ATpmax ;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率的絕對值不大于每小時O. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構表面點中的每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率的絕對值不大于每小時O. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構表面點中的每ー個索結(jié)構表面點的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結(jié)構厚度方向最大溫差” ATtmax不大于I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意ー種稱為“獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻就是本方法中實際記錄數(shù)據(jù)時刻中的ー個時，獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻；如果獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻不是本方法中實際記錄數(shù)據(jù)時刻中的任ー個時刻，則取本方法最接近于獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻的那個實際記錄數(shù)據(jù)的時刻為獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻；本方法將使用在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結(jié)構相關健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結(jié)構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結(jié)構傳熱特性，利用獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過常規(guī)傳熱計算得到在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布，此時索結(jié)構的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結(jié)構上R個索結(jié)構表面點的計算溫度，R個索結(jié)構表面點的計算溫度稱為R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結(jié)構在前面選定的HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的計算溫度，HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的計算溫度稱為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應相等吋，且“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”對應相等時，計算得到的在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“HBE個索結(jié)構沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構的表面上取“R個索結(jié)構表面點”吋，“R個索結(jié)構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結(jié)構溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當索結(jié)構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結(jié)構表面點”中與索結(jié)構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結(jié)構表面上該任意點的溫度與索結(jié)構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ；索結(jié)構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結(jié)構表面點”中在同一海拔高度的點的數(shù)量不小于4，且“R個 索結(jié)構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結(jié)構表面均布；“R個索結(jié)構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結(jié)構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Ah不大于0.2°C除以Λ Th得到的數(shù)值，為方便敘述取Λ Th的単位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結(jié)構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結(jié)構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“ R個索結(jié)構表面點”中不存在ー個索結(jié)構表面點，該索結(jié)構表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結(jié)構表面點的海拔高度數(shù)值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規(guī)計算得到索結(jié)構所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結(jié)構的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結(jié)構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“ R個索結(jié)構表面點”中至少有ー個索結(jié)構表面點是索結(jié)構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的一個點。本方法的第二部分建立索系統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監(jiān)測量的索系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法?？砂慈缦虏襟E依次進行，以獲得更準確的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估。第一歩設共有N根支承索，首先確定支承索的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構中所有的支承索編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣?！敖Y(jié)構的全部被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”由結(jié)構上K個指定點的、及每個指定點的L個指定方向的空間坐標來描述，結(jié)構空間坐標數(shù)據(jù)的變化就是K個指定點的所有空間坐標分量的變化。毎次共有M(M = KXL)個空間坐標測量值或計算值來表征結(jié)構空間坐標信息。K和M不得小于支承索的數(shù)量N。為方便起見，在本方法中將“結(jié)構的被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測量”。在后面提到“被監(jiān)測量的某某矩陣或某某向量”時，也可讀成“空間坐標的某某矩陣或某某
向量”。建立初始力學計算基準模型A。時，在索結(jié)構竣工之時，或者在建立健康監(jiān)測(受損索識別)系統(tǒng)前，按照“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”(可以用常規(guī)溫度測量方法測量，例如使用熱電阻測量)，此時的“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用向量T。表示，稱為初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的時刻的同一時刻，使用常規(guī)方法直接測量計算得到索結(jié)構的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)。在實測計算得到初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的同時，使用常規(guī)方法(查資料或?qū)崪y)得到索結(jié)構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理參數(shù)(例如熱膨脹系數(shù))和力學性能參數(shù)(例如彈性模量、泊松比);在實測計算得到初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的同吋，也就是在獲得初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Τ。的時刻的同ー時刻，使用常規(guī)方法實測計算得到索結(jié)構的實測計算數(shù)據(jù)。索結(jié)構的實測計算數(shù)據(jù)包括支承索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)、索結(jié)構初始幾何數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉カ數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構支座空間坐標數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構支座角坐標數(shù)據(jù)、索結(jié)構模態(tài)數(shù)據(jù)、結(jié)構應變數(shù)據(jù)、結(jié)構角坐標測量數(shù)據(jù)、結(jié)構空間坐標測量數(shù)據(jù)等實測數(shù)據(jù)。索結(jié)構的初始幾何數(shù)據(jù)可以是所有索的端點的空間坐標數(shù)據(jù)加上結(jié)構上一系列的點的空間坐標數(shù)據(jù)，目的在于根據(jù)這些坐標數(shù)據(jù)確定索結(jié)構的幾何特征。對斜拉橋而言，初始幾何數(shù)據(jù)可以是所有索的端點的空間坐標數(shù)據(jù)加上橋梁兩端上若干點的空間坐標數(shù)據(jù)，這就是所謂的橋型數(shù)據(jù)。利用支承索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立索系統(tǒng)初始損傷向量d。(如式(I)所示)，用d。表示索結(jié)構(用初始力學計算基準模型A。表示)的索系統(tǒng)的初始健康狀態(tài)。如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，或者可以認為結(jié)構初始狀態(tài)為無損傷狀態(tài)吋，向量d。的各元素數(shù)值取O。利用索結(jié)構的設計圖、竣工圖和初始索結(jié)構的實測數(shù)據(jù)、支承索的無損檢測數(shù)據(jù)、索結(jié)構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數(shù)和初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。，利用力學方法(例如有限元法)計入“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”建立初始力學計算基準模型A。。初始索結(jié)構支座 角坐標數(shù)據(jù)組成初始索結(jié)構支座角坐標向量U。。d0 = [doldo2 · · · doJ · · · doN]T (I)式(I)中C^U=I, 2，3，.......,N)表示初始力學計算基準模型A。中的索系統(tǒng)的
第j根索的初始損傷值，dOJ為O時表示第j根索無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于O與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力，T表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的時刻的同ー時刻，使用常規(guī)方法直接測量計算得到的索結(jié)構的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。(見式(2))。要求在獲得A。的同時獲得C。，被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。表示對應于A。的“被監(jiān)測量”的具體數(shù)值。因在前述條件下，基于索結(jié)構的計算基準模型計算所得的被監(jiān)測量可靠地接近于初始被監(jiān)測量的實測數(shù)據(jù)，在后面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值和實測值。C0= [C01C02 * · -Cok- · -C0Jt (2)式(2)中C。, (k=l，2，3，....，M)是索結(jié)構中第k個被監(jiān)測量。向量C。是由M個被監(jiān)測量依據(jù)一定順序排列而成，對此排列順序并無特殊要求，只要求后面所有相關向量也按此順序排列數(shù)據(jù)即可。不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型A。，計入“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”(即初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。)、基于A。計算得到的索結(jié)構計算數(shù)據(jù)必須非常接近其實測數(shù)據(jù)，誤差一般不得大于5%。這樣可保證利用A。計算所得的模擬情況下的索カ計算數(shù)據(jù)、應變計算數(shù)據(jù)、索結(jié)構形狀計算數(shù)據(jù)和位移計算數(shù)據(jù)、索結(jié)構角度數(shù)據(jù)、索結(jié)構空間坐標數(shù)據(jù)等，可靠地接近所模擬情況真實發(fā)生時的實測數(shù)據(jù)。模型A。中支承索的健康狀態(tài)用索系統(tǒng)初始損傷向量d。表示，索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)用初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。表示。由于基于A。計算得到所有被監(jiān)測量的計算數(shù)值非常接近所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值(實測得到)，所以也可以用在A。的基礎上、進行力學計算得到的、A0的每ー個被監(jiān)測量的計算數(shù)值組成被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。。可以說T。、U。和d。是A。的參數(shù)，C。由A。的力學計算結(jié)果組成。第二步循環(huán)開始。每一次循環(huán)開始時，首先需要建立或已建立本次循環(huán)開始時的索系統(tǒng)當前初始損傷向量W。(i = 1，2，3，…)、建立索結(jié)構的當前初始力學計算基準模型Ai0 (例如有限元基準模型，在每一次循環(huán)中Ai0是不斷更新的)，Aitj的溫度分布用“當前初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Τ1?！北磉_。字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，在本方法中字母i僅表示循環(huán)次數(shù)，即第i次循環(huán)。A。和Ai0計入了溫度參數(shù)，可以計算溫度變化對索結(jié)構的力學性能影響。 第i次循環(huán)開始時需要的索系統(tǒng)當前初始損傷向量記為W。(如式(3)所示)，用屮。表示該次循環(huán)開始時索結(jié)構(用當前初始力學計算基準模型Ai。表示)的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)。
權利要求
1. 一種支座角位移溫度變化空間坐標監(jiān)測受損索逼近式識別方法，其特征在于所述方法包括 a.設共有N根支承索，首先確定支承索的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構中所有的支承索編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；確定指定的將被監(jiān)測空間坐標的被監(jiān)測點，給所有被監(jiān)測點編號；確定過每一被監(jiān)測點的將被監(jiān)測的空間坐標分量，給所有被監(jiān)測空間坐標分量編號；上述編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；“索結(jié)構的全部被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”由上述所有被監(jiān)測空間坐標分量組成；為方便起見，在本方法中將“索結(jié)構的被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”稱為“被監(jiān)測量”;被監(jiān)測點的數(shù)量不得小干支承索的數(shù)量；所有被監(jiān)測空間坐標分量的數(shù)量之和不得小干支承索的數(shù)量；本方法中對同一個量實時監(jiān)測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘，測量記錄數(shù)據(jù)的時刻稱為實際記錄數(shù)據(jù)時刻； b.本方法定義“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”按步驟bl至b3進行； bl :查詢或?qū)崪y得到索結(jié)構組成材料及索結(jié)構所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學參數(shù)，利用索結(jié)構的設計圖、竣工圖和索結(jié)構的幾何實測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)和參數(shù)建立索結(jié)構的傳熱學計算模型；查詢索結(jié)構所在地不少于2年的近年來的氣象資料，統(tǒng)計得到這段時間內(nèi)的陰天數(shù)量記為T個陰天，在本方法中將白天不能見到太陽的一整日稱為陰天，統(tǒng)計得到T個陰天中每ー個陰天的O時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫與最低氣溫，日出時刻是指根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律確定的氣象學上的日出時刻，不表示當天一定可以看見太陽，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學計算得到所需的每一日的日出時刻，每ー個陰天的O時至次日日出時刻后30分鐘之間的最高氣溫減去最低氣溫稱為該陰天的日氣溫的最大溫差，有T個陰天，就有T個陰天的日氣溫的最大溫差，取T個陰天的日氣溫的最大溫差中的最大值為參考日溫差，參考日溫差記為△ I；;查詢索結(jié)構所在地和所在海抜區(qū)間不少于2年的近年來的氣象資料或?qū)崪y得到索結(jié)構所處環(huán)境的溫度隨時間和海抜高度的變化數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，計算得到索結(jié)構所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結(jié)構所處環(huán)境的溫度關于海抜高度的最大變化率△'，為方便敘述取ATh的単位為。C/m;在索結(jié)構的表面上取“R個索結(jié)構表面點”，取“R個索結(jié)構表面點”的具體原則在步驟b3中敘述，后面將通過實測得到這R個索結(jié)構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結(jié)構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構表面溫度計算數(shù)據(jù)”;從索結(jié)構所處的最低海抜到最高海拔之間，在索結(jié)構上均布選取不少于三個不同的海抜高度，在每ー個選取的海抜高度處、在水平面與索結(jié)構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結(jié)構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結(jié)構表面的交線”相交，在選取的測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結(jié)構的向陽面外法線方向和索結(jié)構的背陰面外法線方向，沿每ー個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構中均布選取不少于三個點，特別的，對于支承索沿每ー個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，即僅僅測量支承索的表面點的溫度，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，其中沿與同一“水平面與索結(jié)構表面的交線”相交的、“測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，在本方法中稱為“相同海拔高度索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，設選取了 H個不同的海拔高度，在每ー個海拔高度處，選取了 B個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結(jié)構沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，特別的，對于支承索E等于1，計索結(jié)構上“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的總數(shù)為HBE個，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”;本方法中將在每ー個選取的海抜高度處“相同海抜高度索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”的個數(shù)溫度分布數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取ー個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫；在索結(jié)構所在地的空曠無遮擋處選取ー個位置，該位置應當在全年的每一日都能得到該地所能得到的該日的最充分的日照，在該位置安放一塊碳鋼材質(zhì)的平板，稱為參考平板，參考平板與地面不可接觸，參考平板離地面距離不小于I. 5米，該參考平板的一面向陽，稱為向陽面，參考平板的向陽面是粗糙的和深色的，參考平板的向陽面應當在全年的每一日都能得到ー塊平板在該地所能得到的該日的最充分的日照，參考平板的非向陽面覆有保溫材料，將實時監(jiān)測得到參考平板的向陽面的溫度； b2 :實時監(jiān)測得到上述R個索結(jié)構表面點的R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)，同時實時監(jiān)測得到前面定義的索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)，同時實時監(jiān)測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫數(shù)據(jù)；通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結(jié)構所在環(huán)境的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，稱為環(huán)境最大溫差，記為ATemax ；由索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學計算得到索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率，該變化率也隨著時間變化；通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列，參考平板的向陽面的溫 度的實測數(shù)據(jù)序列由當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用參考平板的向陽面的溫度的實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到參考平板的向陽面的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，稱為參考平板最大溫差，記為ATpmax ;通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的所有R個索結(jié)構表面點的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結(jié)構表面點就有R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由ー個索結(jié)構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用每ー個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到每ー個索結(jié)構表面點的溫度的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差，有R個索結(jié)構表面點就有R個當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的最大溫差數(shù)值，其中的最大值稱為索結(jié)構表面最大溫差，記為;由每一索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學計算得到每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率，每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率也隨著時間變化；通過實時監(jiān)測得到當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的、在同一時刻、HBE個“索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”后，計算在每ー個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”中的最高溫度與最低溫度的差值，這個差值的絕對值稱為“相同海抜高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”，選取了 H個不同的海拔高度就有H個“相同海拔高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海抜高度處索結(jié)構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結(jié)構厚度方向最大溫差”，記為Δ Ttmax ; b3 :測量計算獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學計算得到所需的每一日的日落時刻；第二項條件的a條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內(nèi)，參考平板最大溫差Λ Tpmax和索結(jié)構表面最大溫差ATsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的這段時間內(nèi)，在前面測量計算得到的環(huán)境最大誤差Λ Traiax不大于參考日溫差Λ ；，且參考平板最大溫差ATpmax減去2攝氏度后不大于Λ Temax，且索結(jié)構表面最大溫差ATsmax不大于ATpmax;只需滿足第二項的a條件和b條件中的一項就稱為滿足第二項條件；第三項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結(jié)構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率的絕對值不大于每小時O. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構表面點中的每ー個索結(jié)構表面點的溫度關于時間的變化率的絕對值不大于每小時O. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構表面點中的每ー個索結(jié)構表面點的索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)為當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的極小值；第六項條件是在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結(jié)構厚度方向最大溫差” ATtmax不大于I攝氏度；本方法利用上述六項條件，將下列三種時刻中的任意一種稱為“獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第一項至第五項條件的時刻，第二種時刻是僅僅滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第六項條件的時刻，第三種時刻是同時滿足上述“與決定獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻就是本方法中實際記錄數(shù)據(jù)時刻中的ー個時，獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻；如果獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻不是本方法中實際記錄數(shù)據(jù)時刻中的任ー個時刻，則取本方法最接近于獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻的那個實際記錄數(shù)據(jù)的時刻為獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻；本方法將使用在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結(jié)構相 關健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結(jié)構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結(jié)構傳熱特性，利用獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“ R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結(jié)構的傳熱學計算模型，通過常規(guī)傳熱計算得到在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布，此時索結(jié)構的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結(jié)構上R個索結(jié)構表面點的計算溫度，R個索結(jié)構表面點的計算溫度稱為R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結(jié)構在前面選定的HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的計算溫度，HBE個“測量索結(jié)構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的計算溫度稱為“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應相等時，且“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”對應相等吋，計算得到的在獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結(jié)構表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結(jié)構穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“HBE個索結(jié)構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“HBE個索結(jié)構沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構的表面上取“R個索結(jié)構表面點”吋，“R個索結(jié)構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結(jié)構溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當索結(jié)構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結(jié)構表面點”中與索結(jié)構表面上該任意點相鄰的點的實測溫度線性插值得到時，線性插值得到的索結(jié)構 表面上該任意點的溫度與索結(jié)構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ;索結(jié)構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結(jié)構表面點”中在同一海拔高度的點的數(shù)量不小于4，且“R個索結(jié)構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結(jié)構表面均布；“R個索結(jié)構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結(jié)構表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Ah不大于0.2°C除以Λ Th得到的數(shù)值，為方便敘述取Λ Th的単位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結(jié)構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結(jié)構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“ R個索結(jié)構表面點”中不存在ー個索結(jié)構表面點，該索結(jié)構表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結(jié)構表面點的海抜高度數(shù)值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規(guī)計算得到索結(jié)構所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結(jié)構的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結(jié)構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“ R個索結(jié)構表面點”中至少有ー個索結(jié)構表面點是索結(jié)構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的ー個點； c.按照“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”直接測量計算得到初始狀態(tài)下的索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，初始狀態(tài)下的索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)稱為初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，記為“初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T?！?；實測或查資料得到索結(jié)構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數(shù)；在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的時刻的同一時刻，直接測量計算得到初始索結(jié)構的實測數(shù)據(jù)，初始索結(jié)構的實測數(shù)據(jù)包括表達支承索的健康狀態(tài)的無損檢測數(shù)據(jù)、所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值、所有支承索的初始索カ數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構模態(tài)數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構應變數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構幾何數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構支座空間坐標數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構支座角坐標數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構空間坐標數(shù)據(jù)；所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值組成被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。；利用能表達支承索的健康狀態(tài)的無損檢測數(shù)據(jù)建立索系統(tǒng)初始損傷向量d。,索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素個數(shù)等于N, d。的元素與支承索是一一對應關系，索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素數(shù)值代表對應支承索的損傷程度，若索系統(tǒng)初始損傷向量d。的某一元素的數(shù)值為O,表示該元素所對應的支承索是完好的，沒有損傷的，若其數(shù)值為100%，則表示該元素所對應的支承索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于O和100%之間，則表示該支承索喪失了相應比例的承載能力，如果沒有支承索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，或者認為索結(jié)構初始狀態(tài)為無損傷狀態(tài)時，向量d。的各元素數(shù)值取O ;初始索結(jié)構支座角坐標數(shù)據(jù)組成初始索結(jié)構支座角坐標向量U。； d.根據(jù)索結(jié)構的設計圖、竣工圖和初始索結(jié)構的實測數(shù)據(jù)、支承索的無損檢測數(shù)據(jù)、索結(jié)構所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學性能參數(shù)、初始索結(jié)構支座角坐標向量U。、初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。和和前面步驟得到的所有的索結(jié)構數(shù)據(jù)，建立計入“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結(jié)構的初始力學計算基準模型A。，基于A。計算得到的索結(jié)構計算數(shù)據(jù)必須非常接近其實測數(shù)據(jù)，其間的差異不得大于5% ;對應于A。的“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”就是“初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。” ;對應于A。的索結(jié)構支座角坐標數(shù)據(jù)就是初始索結(jié)構支座角坐標向量U。；對應于A。的支承索健康狀態(tài)用索系統(tǒng)初始損傷向量d。表示；對應于A。的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值用被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。表示和d。是A。的參數(shù)，由A。的力學計算結(jié)果得到的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)值與C。表示的所有被監(jiān)測量的初始 數(shù)值相同，因此也可以說C。由A。的力學計算結(jié)果組成，在本方法中A。、U。、C。、d。和T。是不變的； e.在本方法中，字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，字母i僅表示循環(huán)次數(shù)，即第i次循環(huán)；第i次循環(huán)開始時需要建立的或已建立的索結(jié)構的當前初始力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型Ai0, A0和Ai0計入了溫度參數(shù)，可以計算溫度變化對索結(jié)構的力學性能影響;第i次循環(huán)開始時，對應于Aitj的“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用當前初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti。表示，向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，Titj的元素與T。的元素--對應；第i次循環(huán)開始時需要的當前初始索結(jié)構支座角坐標向量記為Ui0,由對應于索結(jié)構的當前初始力學計算基準模型Aitj的索結(jié)構支座角坐標數(shù)據(jù)組成；第i次循環(huán)開始時需要的索系統(tǒng)當前初始損傷向量記為d1。，d1。表示該次循環(huán)開始時索結(jié)構A1。的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)，d1。的定義方式與d。的定義方式相同，d1。的兀素與d。的兀素對應；第i次循環(huán)開始時，所有被監(jiān)測量的初始值，用被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Ci。表示，向量C1。的定義方式與向量C。的定義方式相同，C1。的兀素與C。的兀素對應，被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。表示對應于Aitj的所有被監(jiān)測量的具體數(shù)值；!"。、ぴ。和Ditj是Aitj的特性參數(shù)，Ci0由A10的力學計算結(jié)果組成；第一次循環(huán)開始時，Ai0記為A1。，建立A1。的方法為使A10等于A。；第一次循環(huán)開始時，Ti0記為T1。，建立T1。的方法為使T1。等于T。；第一次循環(huán)開始時，Ui0記為U1。，建立U1。的方法為使U1。等于U。；第一次循環(huán)開始時，Cli0記為d1。，建立d1。的方法為使d1。等于d。；第一次循環(huán)開始時，Ci0記為C1。，建立C1。的方法為使C1。等于C。； f.從這里進入由第f步到第q步的循環(huán)；在索結(jié)構服役過程中，按照“本方法的索結(jié)構的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的當前數(shù)據(jù)，所有“索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當前數(shù)據(jù)組成當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti,向量Ti的定義方式與向量T0的定義方式相同，Ti的元素與T。的元素一一對應；在實測得到當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti的同一時刻，實測得到索結(jié)構支座角坐標當前數(shù)據(jù)，所有索結(jié)構支座角坐標當前數(shù)據(jù)組成當前索結(jié)構實測支座角坐標向量Ui ;在實測得到向量Ti的同時，實測得到在獲得當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti的時刻的同一時刻的索結(jié)構中所有被監(jiān)測量的當前值，所有這些數(shù)值組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量Ci,向量Ci的定義方式與向量C。的定義方式相同，Ci的元素與C。的元素—對應，表示相同被監(jiān)測量在不同時刻的數(shù)值；g.根據(jù)當前索結(jié)構實測支座角坐標向量Ui和當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti,按照步驟gl至g3更新當前初始力學計算基準模型A1。、當前初始索結(jié)構支座角坐標向量U1。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量び。和當前初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Τ1。，而索系統(tǒng)當前初始損傷向量d1。保持不變； gl.分別比較Ui與U、、Ti與Ti0,如果Ui等于Ui0且Ti等于Ti0,則Ai0, U、、Ci0和Ti0保持不變；否則需要按下列步驟對A1。、Ui0和Titj進行更新； g2.計算Ui與U。的差，Ui與U。的差就是索結(jié)構支座關于初始位置的當前支座角位移，用支座角位移向量V表示支座角位移，V等于ぴ減去U。，支座角位移向量V中的元素與支座角位移分量之間是對應關系，支座角位移向量V中一個兀素的數(shù)值對應于ー個指定支座的ー個指定方向的角位移，其中支座角位移在重力方向的分量就是支座角位移量；計算Ti與T。的差，Ti與T。的差就是當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關于初始索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化，Ti與T。的差用穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S表示，S等于Ti減去T。，S表示索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化； g3.先對A0中的索結(jié)構支座施加當前支座角位移約束，當前支座角位移約束的數(shù)值就取自支座角位移向量V中對應元素的數(shù)值，再對A。中的索結(jié)構施加溫度變化，施加的溫度變化的數(shù)值就取自穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S，對A。中索結(jié)構支座施加支座角位移約束且對A。中的索結(jié)構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算基準模型A1。，更新Aitj的同時，ぴ。所有元素數(shù)值也用Ui所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 U、, Ti0所有元素數(shù)值也用Ti的所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 ，這樣就得到了正確地對應于Aitj的Titj和Ui0 ;此時必保持不變；當更新Aitj后，Ai0的索的健康狀況用索系統(tǒng)當前初始損傷向量d、表示，Ai0的索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度用當前索結(jié)構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti表示，Ai0的支座角坐標用當前初始索結(jié)構支座角坐標向量Ui0表示，更新C1。的方法是當更新Aitj后，通過力學計算得到Aitj中所有被監(jiān)測量的、當前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組成び。； h.在當前初始力學計算基準模型Ai0的基礎上，按照步驟hi至步驟h4進行若干次力學計算，通過計算建立単位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu ； hi.在第i次循環(huán)開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得Λ Ci和Diu ;在其它時刻，當在步驟g中對Ai0進行更新后，必須按步驟h2至步驟h4所列方法重新獲得Λ Ci和Diu,如果在步驟g中沒有對Aitj進行更新，則在此處直接轉(zhuǎn)入步驟i進行后續(xù)工作； h2.在當前初始力學計算基準模型Aitj的基礎上進行若干次力學計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于所有支承索的數(shù)量，有N根支承索就有N次計算，每一次計算假設索系統(tǒng)中只有一根支承索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現(xiàn)損傷的支承索不同于其它次計算中出現(xiàn)損傷的支承索，并且每一次假定有損傷的支承索的単位損傷值可以不同于其他支承索的単位損傷值，用“名義單位損傷向量Di/記錄所有索的假定的単位損傷，向量Diu的元素編號規(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同，每一次計算得到索結(jié)構中所有被監(jiān)測量的當前數(shù)值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前數(shù)值組成一個“被監(jiān)測量計算當前數(shù)值向量”;當假設第j根支承索有単位損傷時，可用Citj表示對應的“被監(jiān)測量計算當前數(shù)值向量”;在本步驟中給各向量的元素編號時，應同本方法中其它向量使用同一編號規(guī)則，以保證本步驟中各向量中的任意一個兀素，同其它向量中的、編號相同的兀素，表達了同ー被監(jiān)測量或同一對象的相關信息；C\j的定義方式與向量C。的定義方式相同,C1tj的兀素與C。的元素—對應； h3.每一次計算得到的向量Citj減去向量C1。得到ー個向量，再將該向量的每ー個元素都除以本次計算中假定的単位損傷值后得到ー個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量δ Ci/;有N根支承索就有N個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量”； h4.由這N個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量”依次組成有N列的“単位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△び”;“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△び”的每一列對應于ー個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量”；“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣”的列的編號規(guī)則與索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素編號規(guī)則相同； i.定義當前名義損傷向量屮。和當前實際損傷向量dSd1。和Cli的元素個數(shù)等干支承索的數(shù)量，Clic和Cli的元素和支承索之間是一一對應關系，Clic和Cli的元素數(shù)值代表對應支承索的損傷程度或健康狀態(tài)，Clic和Cli與索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素編號規(guī)則相同，d、的元素、Cli的元素與d。的元素是一一對應關系； j.依據(jù)被監(jiān)測量當前數(shù)值向量Ci同“被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1?！?、“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣八び”和“當前名義損傷向量屮?！遍g存在的近似線性關系，該近似線性關系可表達為式1，式I中除W。外的其它量均為已知，求解式I就可以算出當前名義損傷向量札; Γ =(:;+ΔΓ.·<.式 I k.利用式2表達的當前實際損傷向量Cli的第j個元素 < 同索系統(tǒng)當前初始損傷向量Cli0的第j個元素d、和當前名義損傷向量札的第j個元素d、間的關系，計算得到當前實際損傷向量Cli的所有元素；d;=l-(l-《)(l-く)式 2 式2中j=l，2，3，……，N ;當前實際損傷向量Cli的元素數(shù)值代表對應支承索的損傷程度，所以根據(jù)當前實際損傷向量Cli就能確定有哪些支承索受損及其損傷程度，即實現(xiàn)了索結(jié)構中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測，實現(xiàn)了受損索識別；若當前實際損傷向量的某一元素的數(shù)值為O，表示該元素所對應的支承索是完好的，沒有損傷的；若其數(shù)值為100%，則表示該元素所對應的支承索已經(jīng)完全喪失承載能力；若其數(shù)值介于O和100%之間，則表示該支承索喪失了相應比例的承載能力； I.在求得當前名義損傷向量ポ。后，按照式3建立標識向量Bi,式4給出了標識向量Bi的第j個元素的定義；
全文摘要
支座角位移溫度變化空間坐標監(jiān)測受損索逼近式識別方法基于空間坐標監(jiān)測，通過監(jiān)測支座角位移、監(jiān)測索結(jié)構溫度、環(huán)境溫度和受損索損傷程度來決定是否需要更新索結(jié)構的力學計算基準模型，得到新的計入支座角位移、溫度的索結(jié)構的力學計算基準模型，在此模型的基礎上依據(jù)被監(jiān)測量的當前數(shù)值向量同被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量、單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣和待求的當前名義損傷向量間存在的近似線性關系，據(jù)此可以在有支座位移和溫度變化時，比較準確地確定受損索的位置及其損傷程度。
文檔編號G01B21/00GK102706678SQ20121017569
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者萬江, 宋佰涵, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學