專利名稱：基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)的識(shí)別受損索和支座位移的遞進(jìn)式方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)、采用遞進(jìn)式方法來識(shí)別支座位移和索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索，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)通常是索結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，它的失效常常帶來整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效，基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)來識(shí)別支座位移和索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索是一種極具潛力的方法。當(dāng)支座出現(xiàn)位移時(shí)、或索系統(tǒng)的健康狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)、或者兩種情況同時(shí)發(fā)生時(shí)，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，會(huì)影響索結(jié)構(gòu)的變形或應(yīng)變，會(huì)影響索結(jié)構(gòu)的形狀或空間坐標(biāo)，會(huì)引起過索結(jié)構(gòu)的每一點(diǎn)的任意假想直線的角度坐標(biāo)的變化(例如結(jié)構(gòu)表面任意一點(diǎn)的切平面中的任意一根過該點(diǎn)的直線的角度坐標(biāo)的變化，或者結(jié)構(gòu)表面任意一點(diǎn)的法線的角度坐標(biāo)的變化)，所有的這些變化都包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息，實(shí)際上這些可測(cè)量參數(shù)的變化包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息、包含了支座位移信息，也就是說可以利用結(jié)構(gòu)的可測(cè)量參數(shù)來識(shí)別支座位移和受損索。
為了能對(duì)索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)和支座位移有可靠的監(jiān)測(cè)和判斷，必須有一個(gè)能夠合理有效的建立索結(jié)構(gòu)的可測(cè)量參數(shù)的變化同支座位移和索系統(tǒng)中所有索的健康狀況間的關(guān)系的方法，基于該方法建立的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以給出更可信的支座位移評(píng)估和索系統(tǒng)的健康評(píng)估。


發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明公開了一種基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)的、采用遞進(jìn)式方法的、能夠合理有效地識(shí)別支座位移和受損索的健康監(jiān)測(cè)方法。
技術(shù)方案斜拉橋、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，為方便起見本發(fā)明將該類結(jié)構(gòu)表述為“索結(jié)構(gòu)”。在索結(jié)構(gòu)的服役過程中，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，本專利將該類結(jié)構(gòu)的全部支承部件統(tǒng)一稱為“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。
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，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評(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)，本發(fā)明用用變量j表示這一編號(hào)，j＝1，2，3，...，N，因此可以說有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象。
本發(fā)明由兩大部分組成。分別是一、建立被評(píng)估對(duì)象健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所需的知識(shí)庫和參量的方法、基于知識(shí)庫(含參量)和實(shí)測(cè)索結(jié)構(gòu)的應(yīng)變(或變形)的被評(píng)估對(duì)象健康狀態(tài)評(píng)估方法；二、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件和硬件部分。
本發(fā)明的第一部分建立用于被評(píng)估對(duì)象健康監(jiān)測(cè)的知識(shí)庫和參量的方法?？砂慈缦虏襟E依次循環(huán)往復(fù)地、遞進(jìn)式進(jìn)行 第一步每一次循環(huán)開始時(shí)，首先需要建立或已建立本次循環(huán)開始時(shí)的被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量doi(i＝1，2，3，…)、建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ao(例如有限元基準(zhǔn)模型，在本發(fā)明中Ao是不變的)、建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai(例如有限元基準(zhǔn)模型，i＝1，2，3，…)。字母i除了明顯地表示步驟編號(hào)的地方外，在本發(fā)明中字母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(shí)需要的索結(jié)構(gòu)“初始健康狀態(tài)向量doi”(如式(1)所示)，用doi表示第i次循環(huán)開始時(shí)索結(jié)構(gòu)(用力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai表示)的索結(jié)構(gòu)的初始健康狀態(tài)。
式(1)中dioj(i＝1，2，3，…，j＝1，2，3，.......，N)表示第i次循環(huán)開始時(shí)、力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai中的索系統(tǒng)的第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前健康狀態(tài)，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么di表示其當(dāng)前損傷，di為0時(shí)表示無損傷，為100％時(shí)表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100％之間時(shí)表示喪失相應(yīng)比例的承載能力，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)位移分量，那么di表示其當(dāng)前位移數(shù)值。式(1)中T表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。
第一次循環(huán)開始時(shí)建立初始健康狀態(tài)向量(依據(jù)式(1)記為d1o)時(shí)，利用索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及支座位移測(cè)量建立被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量d1o。如果沒有索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)及其他能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時(shí)，或者可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時(shí)，向量d1o的中與索相關(guān)的各元素?cái)?shù)值取0。
第i次(i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)開始時(shí)需要的被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量dio，是在前一次(即第i-1次，i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)結(jié)束前計(jì)算獲得的，具體方法在后文敘述。
第i次循環(huán)開始時(shí)需要建立的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型或已建立的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型記為Ai。
根據(jù)索結(jié)構(gòu)完工之時(shí)的索結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù))和設(shè)計(jì)圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立Ao；如果沒有索結(jié)構(gòu)完工之時(shí)的結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，那么就在建立健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到索結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù))，根據(jù)此數(shù)據(jù)和索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立Ao。不論用何種方法獲得Ao，基于Ao計(jì)算得到的索結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)(對(duì)斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù))必須非常接近其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，誤差一般不得大于5％。這樣可保證利用Ao計(jì)算所得的模擬情況下的應(yīng)變計(jì)算數(shù)據(jù)、索力計(jì)算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)形狀計(jì)算數(shù)據(jù)和位移計(jì)算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)角度數(shù)據(jù)等，可靠地接近所模擬情況真實(shí)發(fā)生時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。Ao是不變的，只在第一次循環(huán)開始時(shí)建立。
第一次循環(huán)開始時(shí)建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型記為A1，A1就等于Ao。A1對(duì)應(yīng)的被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)由d1o描述。
第i次(i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)開始時(shí)需要的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai，是在前一次(即第i-1次，i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)結(jié)束前計(jì)算獲得的，具體方法在后文敘述。
已有力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A1和被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量d1o后，模型A1中的各被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)由向量d1o表達(dá)。在A1的基礎(chǔ)上，將所有被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)數(shù)值變更為0，力學(xué)模型A1更新為一個(gè)所有被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)都為0的力學(xué)模型(記為A0)，力學(xué)模型A0實(shí)際上是完好無損無支座位移的索結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型。不妨稱模型A0為索結(jié)構(gòu)的無損傷無支座位移模型A0。
“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”可由結(jié)構(gòu)上K個(gè)指定點(diǎn)的、及每個(gè)指定點(diǎn)的L個(gè)指定方向的應(yīng)變來描述，結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)的變化就是K個(gè)指定點(diǎn)的所有應(yīng)變的變化。每次共有M(M＝K×L)個(gè)應(yīng)變測(cè)量值或計(jì)算值來表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息。K和M一般不得小于N。
為方便起見，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測(cè)量”。在后面提到“被監(jiān)測(cè)量的某某矩陣或某某向量”時(shí)，也可讀成“應(yīng)變的某某矩陣或某某向量”。
本發(fā)明中用被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量Cio”(i＝1，2，3，…)表示第i次(i＝1，2，3，4，5，6…)循環(huán)開始時(shí)所有指定的被監(jiān)測(cè)量的初始值(參見式(2))，Cio的全稱為“第i次循環(huán)被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量”。
式(2)中Ciok(i＝1，2，3，…；k＝1，2，3，....，M；M≥N；)是第i次循環(huán)開始時(shí)、索結(jié)構(gòu)中第k個(gè)被監(jiān)測(cè)量。向量Cio是由前面定義的M個(gè)被監(jiān)測(cè)量依據(jù)一定順序排列而成，對(duì)此排列順序并無特殊要求，只要求后面所有相關(guān)向量也按此順序排列數(shù)據(jù)即可。
第一次循環(huán)開始時(shí)，“第1次循環(huán)被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C1o”(見式(2))由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)組成，由于根據(jù)模型A1計(jì)算所得被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值可靠地接近于相對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)數(shù)值，在后面的敘述中，將用同一符號(hào)來表示該計(jì)算值組成向量和實(shí)測(cè)值組成向量。
第i次(i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)開始時(shí)需要的“第i次循環(huán)被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”，是在前一次(即第i-1次，i＝2，3，4，5，6…)循環(huán)結(jié)束前計(jì)算獲得的，具體方法在后文敘述。
第二步每一次循環(huán)需建立“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣”和“名義單位損傷向量”，第i次循環(huán)建立的“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣”記為ΔCi，第i次循環(huán)建立的“名義單位損傷向量”記為Diu，i＝1，2，3，…。
第一次循環(huán)建立的索結(jié)構(gòu)“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣”記為ΔC1。建立ΔC1的過程如下 在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型A1的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N。每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷，具體的，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索有單位損傷(例如取5％、10％、20％或30％等損傷為單位損傷)，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向發(fā)生單位位移(例如10mm，20mm，30mm等為單位位移)。為敘述方便，本發(fā)明將假定的支承索的損傷和支座位移統(tǒng)稱為單位損傷。為方便計(jì)算，每一次循環(huán)中設(shè)定單位損傷時(shí)可以都是把該次循環(huán)開始時(shí)的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)當(dāng)成是完全健康的，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定單位損傷(在后續(xù)步驟中、計(jì)算出的、被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)數(shù)值---稱為名義健康狀態(tài)向量dic(i＝1，2，3，…)，都是相對(duì)于將該次循環(huán)開始時(shí)的、將索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)當(dāng)成是完全健康而言的，因此必須依據(jù)后文給出的公式將計(jì)算出的名義健康狀態(tài)數(shù)值換算成真實(shí)健康狀態(tài)數(shù)值)。同一次循環(huán)的每一次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷的被評(píng)估對(duì)象不同于其它次計(jì)算中出現(xiàn)單位損傷的被評(píng)估對(duì)象，并且每一次假定有單位損傷的被評(píng)估對(duì)象的單位損傷值可以不同于其他被評(píng)估對(duì)象的單位損傷值，用“名義單位損傷向量Diu”(如式(3)所示)記錄各次循環(huán)中所有被評(píng)估對(duì)象的假定的單位損傷，第一次循環(huán)時(shí)記為D1u。每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法(例如有限元法)計(jì)算索結(jié)構(gòu)的、在前面已指定的M個(gè)被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算所得M個(gè)被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)“被監(jiān)測(cè)量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量”(當(dāng)假設(shè)第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷時(shí)，可用式(4)表示所有指定的M個(gè)被監(jiān)測(cè)量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量C1tj)；每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測(cè)量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量減去被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C1o，所得向量就是此條件下(以有單位損傷的被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)為標(biāo)記)的“被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量”(當(dāng)?shù)趈個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷時(shí)，用δC1j表示被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量，δC1j的定義見式(5)、式(6)和式(7)，式(5)為式(4)減去式(2)后再除以向量D1u的第j個(gè)元素Duj所得)，被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量δC1j的每一元素表示由于計(jì)算時(shí)假定有單位損傷的那個(gè)被評(píng)估對(duì)象(例如第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象)有單位損傷(例如Duj)，而引起的該元素所對(duì)應(yīng)的被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值改變量相對(duì)于假定的單位損傷Duj的變化率；有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N個(gè)“被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量”，每個(gè)被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量有M(一般的，M≥N)個(gè)元素，由這N個(gè)“被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值變化向量”依次組成有M×N個(gè)元素的“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔC1”(M行N列)，每一個(gè)向量δC1j(j＝1，2，3，.......，N)是矩陣ΔC1的一列，ΔC1的定義如式(8)所示。
式(3)中名義單位損傷向量Diu的元素Diuj(i＝1，2，3，…；j＝1，2，3，.......，N)表示第i次循環(huán)中假定的第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的單位損傷數(shù)值，向量Diu中的各元素的數(shù)值可以相同也可以不同。
式(4)中元素Citjk(i＝1，2，3，...；j＝1，2，3，.......，N；k＝1，2，3，.......，M；M≥N)表示第i次循環(huán)由于第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷時(shí)，依據(jù)編號(hào)規(guī)則所對(duì)應(yīng)的第k個(gè)指定的被監(jiān)測(cè)量的計(jì)算當(dāng)前數(shù)值。
式(5)中各量的上標(biāo)i(i＝1，2，3，...)表示第i次循環(huán)，下標(biāo)j(j＝1，2，3，.......，N)表示第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷，式中Diuj是向量Diu中的第j個(gè)元素。向量δCij的定義如式(6)所示，δCij的第k(k＝1，2，3，.......，M；M≥N)個(gè)元素δCijk表示第i次循環(huán)中，建立矩陣ΔCi時(shí)，假定第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷時(shí)計(jì)算所得第k個(gè)被監(jiān)測(cè)量的改變量相對(duì)于假定的單位損傷Diuj的變化率，其定義如式(7)所示。
式(7)中各量的定義已在前面敘述過。
式(8)中向量δCij(i＝1，2，3，.......，，j＝1，2，3，.......，N)表示第i次循環(huán)中，由于第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象有單位損傷Diuj而引起的、所有被監(jiān)測(cè)量的相對(duì)數(shù)值變化。矩陣ΔCi的列(下標(biāo)j)的編號(hào)規(guī)則與前面向量dio的元素的下標(biāo)j的編號(hào)規(guī)則相同。
第三步識(shí)別被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前健康狀態(tài)。具體過程如下。
第i(i＝1，2，3，...)次循環(huán)中，“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前(計(jì)算或?qū)崪y(cè))數(shù)值向量Ci”同“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”、“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“當(dāng)前名義損傷向量dic”間的近似線性關(guān)系，如式(9)或式(10)所示。
式(9)和式(10)中被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前(計(jì)算或?qū)崪y(cè))數(shù)值向量Ci的定義類似于被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio的定義，見式(11)；被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前名義損傷向量dic的定義見式(12)。
式(11)中元素Cik(i＝1，2，3，.......；k＝1，2，3，.......，M；M≥N)是第i次循環(huán)時(shí)索結(jié)構(gòu)的、依據(jù)編號(hào)規(guī)則所對(duì)應(yīng)的編號(hào)為k的被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值。
式(12)中dicj(i＝1，2，3，.......；j＝1，2，3，.......，N)是第i次循環(huán)中索結(jié)構(gòu)第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前名義損傷值，向量dic的元素的下標(biāo)j的編號(hào)規(guī)則與矩陣ΔCi的列的編號(hào)規(guī)則相同。
當(dāng)被評(píng)估對(duì)象實(shí)際損傷或支座位移不太大時(shí)，由于索結(jié)構(gòu)材料仍然處在線彈性階段，索結(jié)構(gòu)的變形也較小，式(9)或式(10)所表示的這樣一種線性關(guān)系同實(shí)際情況的誤差較小，誤差可用誤差向量ei(式(13))定義，表示式(9)或式(10)所示線性關(guān)系的誤差。
式(13)中abs()是取絕對(duì)值函數(shù)，對(duì)括號(hào)內(nèi)求得的向量的每一個(gè)元素取絕對(duì)值。
由于式(9)或式(10)所表示的線性關(guān)系存在一定誤差，因此不能簡單根據(jù)式(9)或式(10)和“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前(實(shí)測(cè))數(shù)值向量Ci”來直接求解得到當(dāng)前名義損傷向量dic。而獲得當(dāng)前名義損傷向量dic的可接受的解(即帶有合理誤差，但可以比較準(zhǔn)確的從索系統(tǒng)中確定受損索的位置及其損傷程度、確定支座位移量)成為一個(gè)合理的解決方法，可用式(14)來表達(dá)這一方法。
式(14)中abs()是取絕對(duì)值函數(shù)，向量gi描述偏離理想線性關(guān)系(式(9)或式(10))的合理偏差，由式(15)定義。
式(15)中g(shù)ik(i＝1，2，3，.......；k＝1，2，3，.......，M)描述了第i次循環(huán)中偏離式(9)或式(10)所示的理想線性關(guān)系的最大允許偏差。向量gi可根據(jù)式(13)定義的誤差向量ei試算選定。
在被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio(實(shí)測(cè)或計(jì)算得到)、單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi(計(jì)算得到)和被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci(實(shí)測(cè)得到)已知時(shí)，可以利用合適的算法(例如多目標(biāo)優(yōu)化算法)求解式(14)，獲得當(dāng)前名義損傷向量dic的可接受的解，當(dāng)前實(shí)際損傷向量di(定義見式(16))的元素可以根據(jù)式(17)計(jì)算得到，也就是得到了被評(píng)估對(duì)象當(dāng)前實(shí)際損傷向量di，從而可由di確定受損索的位置和損傷程度、確定支座位移量，也就是實(shí)現(xiàn)了損傷識(shí)別和支座位移識(shí)別。
式(16)中dij(i＝1，2，3，…；j＝1，2，3，.......，N)表示第i次循環(huán)中第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的實(shí)際損傷值，其定義見式(17)，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么dij表示其當(dāng)前損傷，dij為0時(shí)表示該索無損傷，為100％時(shí)表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100％之間時(shí)表示該索喪失相應(yīng)比例的承載能力，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)位移分量，那么dij表示其當(dāng)前位移數(shù)值。向量di的元素的編號(hào)規(guī)則與式(1)中向量dio的元素的編號(hào)規(guī)則相同。
式(17)中dioj(i＝1，2，3，4，…；j＝1，2，3，.......，N)是向量dio的第j個(gè)元素，dicj是向量dic的第j個(gè)元素。
第四步判斷是否結(jié)束本次(第i次)循環(huán)，如果是，則完成本次循環(huán)結(jié)束前的收尾工作，為下一次(即第i+1次，i＝1，2，3，4，…)循環(huán)準(zhǔn)備力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型和必要的向量。具體過程如下。
在本次(第i次)循環(huán)中求得當(dāng)前名義損傷向量dic后，首先，按照式(18)建立標(biāo)識(shí)向量Fi，式(19)給出了標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素的定義；如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素全為0，則在本次循環(huán)中繼續(xù)對(duì)索結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和計(jì)算；如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素不全為0，則完成后續(xù)步驟后，進(jìn)入下一次循環(huán)。所謂的后續(xù)步驟為首先，根據(jù)式(20)計(jì)算得到下一次(即第i+1次，i＝1，2，3，4，…)循環(huán)所需的初始損傷向量di+1o的每一個(gè)元素di+1oj；第二，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai(i＝1，2，3，4，…)或索結(jié)構(gòu)的無損傷模型A0的基礎(chǔ)上，令被評(píng)估對(duì)象的健康狀況狀況為di+1o后更新得到下一次(第i+1次，i＝1，2，3，4，…)循環(huán)所需的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1；最后，通過對(duì)力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1的計(jì)算得到被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值，由其組成下一次(即第i+1次，i＝1，2，3，4，…)循環(huán)所需的“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Ci+1o”(i＝1，2，3，4，…)。
式(18)中標(biāo)識(shí)向量Fi的上標(biāo)i表示第i次循環(huán)，其元素Fij(j＝1，2，3，…，N)的下標(biāo)j表示第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的損傷特征，只能取0和1兩個(gè)量，具體取值規(guī)則見式(19)。
式(19)中元素Fij是標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素(見式(3))，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素(見式(12))，它們都表示第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的相關(guān)信息。
式(20)中Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素(見式(3))，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素(見式(12))。
本發(fā)明的第二部分健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件和硬件部分。
硬件部分包括被監(jiān)測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)采集器和計(jì)算機(jī)等。要求實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)被監(jiān)測(cè)量。
軟件應(yīng)當(dāng)具用下列功能軟件部分應(yīng)當(dāng)能夠完成本發(fā)明的第一部分所設(shè)定的過程，即完成本發(fā)明中所需要的、可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)、記錄、控制、存儲(chǔ)、計(jì)算、通知、報(bào)警等功能。
本發(fā)明方法具體包括 a.為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評(píng)估的支承索和支座位移分量為被評(píng)估對(duì)象，設(shè)被評(píng)估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(shù)量之和為N，即被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量為N；確定被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評(píng)估對(duì)象編號(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)明用變量j表示這一編號(hào)，j＝1，2，3，...，N； b.確定指定的被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，被監(jiān)測(cè)點(diǎn)即表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息的所有指定點(diǎn)，并給所有指定點(diǎn)編號(hào)；確定被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變方向，并給所有指定的被監(jiān)測(cè)應(yīng)變編號(hào)；“被監(jiān)測(cè)應(yīng)變編號(hào)”在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”由上述所有被監(jiān)測(cè)應(yīng)變組成；本發(fā)明將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測(cè)量”；所有被監(jiān)測(cè)量的數(shù)量之和不得小于N； c.利用被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量dio；如果沒有被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，向量dio的各元素?cái)?shù)值取0；向量dio的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同；本發(fā)明用i表示循環(huán)次數(shù)，i＝1，2，3，......；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的初始健康狀態(tài)向量dio可以具體化為d1o； d.在建立初始健康狀態(tài)向量d1o的同時(shí)，直接測(cè)量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C1o；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio可以具體化為C1o；在實(shí)測(cè)得到被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量C1o的同時(shí)，實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有索的初始索力數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)； e.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai可以具體化為A1； f.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“名義單位損傷向量Diu”； g.實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前實(shí)測(cè)數(shù)值，組成“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”；給本步及本步之前出現(xiàn)的所有向量的元素編號(hào)時(shí)，應(yīng)使用同一編號(hào)規(guī)則，這樣可以保證本步及本步之前出現(xiàn)的各向量的、編號(hào)相同的元素，表示同一被監(jiān)測(cè)量的、對(duì)應(yīng)于該元素所屬向量所定義的相關(guān)信息； h.定義當(dāng)前名義損傷向量dic和當(dāng)前實(shí)際損傷向量di，兩個(gè)損傷向量的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，當(dāng)前名義損傷向量dic的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前名義損傷程度或支座位移，當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前實(shí)際損傷程度或支座位移，兩個(gè)損傷向量的元素的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，兩個(gè)損傷向量的元素和被評(píng)估對(duì)象之間是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩個(gè)損傷向量的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同； i.依據(jù)“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”同“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”、“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“當(dāng)前名義損傷向量dic”間存在的近似線性關(guān)系，該近似線性關(guān)系可表達(dá)為式1，式1中除dic外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當(dāng)前名義損傷向量dic； 式1 j.利用式2表達(dá)的當(dāng)前實(shí)際損傷向量di同初始損傷向量dio和當(dāng)前名義損傷向量dic的元素間的關(guān)系，計(jì)算得到當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的所有元素； 式2 式2中j＝1，2，3，……，N； 當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的實(shí)際損傷程度或?qū)嶋H支座位移，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際損傷向量di就能確定有哪些索受損及其損傷程度，就能確定實(shí)際支座位移；若當(dāng)前實(shí)際損傷向量的某一元素對(duì)應(yīng)于是索系統(tǒng)中的一根索，且其數(shù)值為0，表示該元素所對(duì)應(yīng)的索是完好的，沒有損傷的，若其數(shù)值為100％，則表示該元素所對(duì)應(yīng)的索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于0和100％之間，則表示該索喪失了相應(yīng)比例的承載能力；如果當(dāng)前實(shí)際損傷向量的某一元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)支座的一個(gè)位移分量，那么dij表示其當(dāng)前位移數(shù)值； k.在求得當(dāng)前名義損傷向量dic后，按照式3建立標(biāo)識(shí)向量Fi，式4給出了標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素的定義； 式3 式4 式4中元素Fij是標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素，它們都表示第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的相關(guān)信息，式4中j＝1，2，3，……，N； l.如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素全為0，則回到第g步繼續(xù)本次循環(huán)；如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素不全為0，則進(jìn)入下一步、即第m步； m.根據(jù)式5計(jì)算得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的初始損傷向量di+1o的每一個(gè)元素di+1oj； 式5 式5中Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素，F(xiàn)ij是標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素，式5中j＝1，2，3，……，N；向量di+1o的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同； n.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上，令被評(píng)估對(duì)象的健康狀況為di+1o后更新得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1； o.通過對(duì)力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1的計(jì)算得到對(duì)應(yīng)于模型Ai+1的結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)應(yīng)變的點(diǎn)的、將被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變方向的應(yīng)變數(shù)值，這些數(shù)值組成下一次、即第i+1次循環(huán)所需的被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Ci+1o； p.回到第f步，開始下一次循環(huán)。
在步驟f中，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“名義單位損傷向量Diu”的具體方法為 f1.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N；依據(jù)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次進(jìn)行計(jì)算；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象在原有損傷或位移的基礎(chǔ)上再增加單位損傷或單位位移，具體的，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索再增加單位損傷，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向再增加單位位移，每一次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象不同于其它次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象，用“名義單位損傷向量Diu”記錄記錄所有假定的再增加的單位損傷或單位位移，其中i表示第i次循環(huán)，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量； f2.每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量減去被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量，有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量； f3.由這N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量按照N個(gè)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔCi。
有益效果本發(fā)明公開的方法可以同時(shí)識(shí)別出索結(jié)構(gòu)支座位移和索系統(tǒng)的健康狀態(tài)(包括所有受損索的位置和損傷程度)，本發(fā)明公開的系統(tǒng)和方法對(duì)索結(jié)構(gòu)的安全是非常有益的。

具體實(shí)施例方式 針對(duì)索結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)，本發(fā)明公開了一種能夠合理有效地同時(shí)監(jiān)測(cè)索結(jié)構(gòu)中索系統(tǒng)中每一根索的健康狀況和每一個(gè)支座位移分量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實(shí)施例的下面說明實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，并且目的絕不在于限制本發(fā)明的應(yīng)用或使用。
本發(fā)明采用一種算法，該算法用于監(jiān)測(cè)索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。具體實(shí)施時(shí)，下列步驟是可采取的各種步驟中的一種。
第一步為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評(píng)估的支承索和支座位移分量為被評(píng)估對(duì)象，設(shè)被評(píng)估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(shù)量之和為N，即被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量為N；確定被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評(píng)估對(duì)象編號(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)明用變量j表示這一編號(hào)，j＝1，2，3，...，N。
確定被測(cè)量點(diǎn)(即所有表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息的指定點(diǎn)，設(shè)有K個(gè)指定點(diǎn))，給所有指定點(diǎn)編號(hào)；確定每一個(gè)指定點(diǎn)的被測(cè)量的應(yīng)變(設(shè)測(cè)量每個(gè)指定點(diǎn)的L個(gè)指定方向的應(yīng)變，不要求每個(gè)指定點(diǎn)有相同個(gè)數(shù)的被指定方向的應(yīng)變，這里只是為了敘述方便而設(shè)測(cè)量每個(gè)指定點(diǎn)的L個(gè)指定方向的應(yīng)變)，并給所有被測(cè)量的應(yīng)變編號(hào)；上述編號(hào)在后續(xù)步驟中同樣將用于生成向量和矩陣。每一個(gè)指定點(diǎn)可以就是每一根索的固定端點(diǎn)(例如是斜拉橋的拉索在橋面上的固定端)附近的一個(gè)點(diǎn)，該指定點(diǎn)還可以是結(jié)構(gòu)支座附近的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)一般不應(yīng)當(dāng)是應(yīng)力集中點(diǎn)，以避免出現(xiàn)過大的應(yīng)變測(cè)量值；該編號(hào)在后續(xù)步驟中同樣將用于生成向量和矩陣。在每一指定點(diǎn)可以僅僅測(cè)量一個(gè)方向的應(yīng)變，也可以測(cè)量多個(gè)方向的應(yīng)變?！敖Y(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”由上面確定的結(jié)構(gòu)上K個(gè)指定點(diǎn)的、過每個(gè)指定點(diǎn)的L個(gè)指定方向的應(yīng)變來描述，結(jié)構(gòu)應(yīng)變的變化就是所有指定點(diǎn)的、所有指定直線的所有指定方向的應(yīng)變的變化。每次共有M(M＝K×L)個(gè)應(yīng)變測(cè)量值或計(jì)算值來表征結(jié)構(gòu)的應(yīng)變信息。K和M不得小于N。為方便起見，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測(cè)量”。
第二步利用被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量d1o；如果沒有被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，向量d1o的各元素?cái)?shù)值取0；向量d1o的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同。
第三步在初始健康狀態(tài)向量d1o的同時(shí)，直接測(cè)量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C1o。
第四步在實(shí)測(cè)得到被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量C1o的同時(shí)，可以采用成熟的測(cè)量方法進(jìn)行索力測(cè)量、應(yīng)變測(cè)量、角度測(cè)量和空間坐標(biāo)測(cè)量。同時(shí)，直接測(cè)量或測(cè)量后計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有索的初始索力和索結(jié)構(gòu)初始幾何形狀數(shù)據(jù)(對(duì)于斜拉橋就是其初始橋型數(shù)據(jù))，索結(jié)構(gòu)的初始幾何形狀數(shù)據(jù)可以是所有索的端點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)加上結(jié)構(gòu)上一系列的點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，目的在于根據(jù)這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)就可以確定索結(jié)構(gòu)的幾何特征。對(duì)斜拉橋而言，初始幾何形狀數(shù)據(jù)可以是所有索的端點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)加上橋梁兩端上若干點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這就是所謂的橋型數(shù)據(jù)。
根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(包括結(jié)構(gòu)初始幾何形狀數(shù)據(jù)、應(yīng)變數(shù)據(jù)、所有索的初始索力、結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，對(duì)斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、應(yīng)變數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù))、索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ao，基于力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ao計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的計(jì)算數(shù)據(jù)必須非常接近其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，誤差一般不得大于5％。
Ao是不變的，只在第一次循環(huán)開始時(shí)建立；第i次循環(huán)開始時(shí)建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型記為Ai，其中i表示循環(huán)次數(shù)；本發(fā)明的申請(qǐng)書中字母i除了明顯地表示步驟編號(hào)的地方外，字母i僅表示循環(huán)次數(shù)，即第i次循環(huán)；因此第一次循環(huán)開始時(shí)建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型記為A1，本發(fā)明中A1就等于Ao； 第五步安裝索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件部分。硬件部分至少包括被監(jiān)測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(例如含應(yīng)變傳感器、信號(hào)調(diào)理器等)、信號(hào)(數(shù)據(jù))采集器、計(jì)算機(jī)和通信報(bào)警設(shè)備。每一個(gè)被監(jiān)測(cè)量都必須被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)(數(shù)據(jù))采集器；信號(hào)經(jīng)信號(hào)采集器傳遞到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)則負(fù)責(zé)運(yùn)行索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)軟件，包括記錄信號(hào)采集器傳遞來的信號(hào)；當(dāng)監(jiān)測(cè)到被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)有變化時(shí)，計(jì)算機(jī)控制通信報(bào)警設(shè)備向監(jiān)控人員、業(yè)主和(或)指定的人員報(bào)警。
第六步編制并在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝索結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。在每一次循環(huán)時(shí)都運(yùn)行該軟件，或者說此軟件始終在運(yùn)行。該軟件將完成本發(fā)明的各項(xiàng)任務(wù)所需要的監(jiān)測(cè)、記錄、控制、存儲(chǔ)、計(jì)算、通知、報(bào)警等功能(即本具體實(shí)施方法中所有可以用計(jì)算機(jī)完成的工作)，并能定期或由人員操作健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)生成索結(jié)構(gòu)健康情況報(bào)表，還能依據(jù)設(shè)定的條件(例如損傷達(dá)到某一值)，自動(dòng)通知或提示監(jiān)控人員通知特定的技術(shù)人員完成必要的計(jì)算工作。
第七步由此步開始循環(huán)運(yùn)作，為敘述方便記為第i次循環(huán)，其中i＝1，2，3，4，5，...。
第八步在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型記為Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣ΔCi和名義單位損傷向量Diu。具體方法為 a.在第i次循環(huán)開始時(shí)，在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N；依據(jù)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次進(jìn)行計(jì)算；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象在原有損傷或位移的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移，具體的，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索再增加單位損傷，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向再增加單位位移，每一次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象不同于其它次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象，用“名義單位損傷向量Diu”記錄記錄所有假定的再增加的單位損傷或單位位移，其中i表示第i次循環(huán)，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量；在本步驟中給各向量的元素編號(hào)時(shí)，應(yīng)同本發(fā)明中其它向量使用同一編號(hào)規(guī)則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個(gè)元素，同其它向量中的、編號(hào)相同的元素，表達(dá)了同一被監(jiān)測(cè)量或同一被評(píng)估對(duì)象對(duì)象的相關(guān)信息。
b.每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量減去被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量δCij；有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量δCij(j＝1，2，3，…，N)。
c.由這N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量按照N個(gè)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔCi。“單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣ΔCi”的列的編號(hào)規(guī)則與后面定義的當(dāng)前名義損傷向量dic和當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的元素編號(hào)規(guī)則相同。
在本步驟中及其后給各向量的元素編號(hào)時(shí)，應(yīng)同本發(fā)明中其它向量使用同一編號(hào)規(guī)則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個(gè)元素，同其它向量中的、編號(hào)相同的元素，表達(dá)了同一被監(jiān)測(cè)量或同一對(duì)象的相關(guān)信息。
第九步建立線性關(guān)系誤差向量ei和向量gi。利用前面的數(shù)據(jù)(“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”、“單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣ΔCi”)，在第八步進(jìn)行每一次計(jì)算的同時(shí)，即在每一次計(jì)算中假設(shè)索系統(tǒng)中只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象在原有損傷或位移的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移的同時(shí)，每一次計(jì)算組成一個(gè)健康狀態(tài)向量dit，健康狀態(tài)向量dit的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，向量dit的所有元素中只有一個(gè)元素的數(shù)值取每一次計(jì)算中假設(shè)增加單位損傷的索的單位損傷值或增加的單位位移值，dit的其它元素的數(shù)值取0，那個(gè)不為0的元素的編號(hào)與假定增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系、同其他向量的同編號(hào)的元素同該索的對(duì)應(yīng)關(guān)系是相同的；將Citj、Cio、ΔCi、dit帶入式(13)，式(13)dic用dit帶入，得到一個(gè)線性關(guān)系誤差向量ei，每一次計(jì)算得到一個(gè)線性關(guān)系誤差向量ei；有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N次計(jì)算，就有N個(gè)線性關(guān)系誤差向量ei，將這N個(gè)線性關(guān)系誤差向量ei相加后得到一個(gè)向量，將此向量的每一個(gè)元素除以N后得到的新向量就是最終的線性關(guān)系誤差向量ei。向量gi等于最終的誤差向量ei。將向量gi保存在運(yùn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)硬盤上，供健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件使用。將“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”和“單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣ΔCi”等參數(shù)以數(shù)據(jù)文件的方式保存在運(yùn)行健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)硬盤上。
第十步實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前實(shí)測(cè)數(shù)值，組成“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”。
第十一步依據(jù)“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”同“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”、“單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣ΔCi”和“當(dāng)前名義損傷向量dic”間存在的近似線性關(guān)系(式(9))，按照多目標(biāo)優(yōu)化算法計(jì)算索系統(tǒng)當(dāng)前名義損傷向量dic的非劣解。
可以采用的多目標(biāo)優(yōu)化算法有很多種，例如基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)優(yōu)化、基于粒子群的多目標(biāo)優(yōu)化算法、基于蟻群算法的多目標(biāo)優(yōu)化、約束法(Constrain Method)、加權(quán)法(Weighted Sum Method)、目標(biāo)規(guī)劃法(Goal Attainment Method)等等。由于各種多目標(biāo)優(yōu)化算法都是常規(guī)算法，可以方便地實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施步驟僅以目標(biāo)規(guī)劃法為例給出求解當(dāng)前名義損傷向量dic的過程，其它算法的具體實(shí)現(xiàn)過程可根據(jù)其具體算法的要求以類似的方式實(shí)現(xiàn)。
按照目標(biāo)規(guī)劃法，式(9)可以轉(zhuǎn)化成式(21)和式(22)所示的多目標(biāo)優(yōu)化問題，式(21)中γi是一個(gè)實(shí)數(shù)，R是實(shí)數(shù)域，空間區(qū)域Ω限制了向量dic的每一個(gè)元素的取值范圍(本實(shí)施例要求向量dic的每一個(gè)元素不小于0，不大于1)。式(21)的意思是尋找一個(gè)絕對(duì)值最小的實(shí)數(shù)γi，使得式(22)得到滿足。式(22)中G(dic)由式(23)定義，式(22)中加權(quán)向量Wi與γi的積表示式(22)中G(dic)與向量gi之間允許的偏差，gi的定義參見式(15)，其值將在第八步計(jì)算得到。實(shí)際計(jì)算時(shí)向量Wi可以與向量gi相同。目標(biāo)規(guī)劃法的具體編程實(shí)現(xiàn)已經(jīng)有通用程序可以直接采用。按照目標(biāo)規(guī)劃法就可以求得當(dāng)前名義損傷向量dic。
minimize γi (21) γi∈R， 求得當(dāng)前名義損傷向量dic后，可依據(jù)式(17)得到的當(dāng)前實(shí)際損傷向量di每一個(gè)元素，當(dāng)前實(shí)際損傷向量di就是帶有合理誤差、但可以比較準(zhǔn)確地確定受損索的位置及其損傷程度的解、可以比較準(zhǔn)確地確定所有支座位移的解。di的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么該元素的數(shù)值表示其當(dāng)前損傷，該元素的數(shù)值為0時(shí)表示該索無損傷，為100％時(shí)表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100％之間時(shí)表示該索喪失相應(yīng)比例的承載能力，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)位移分量，那么該元素的數(shù)值表示其當(dāng)前位移數(shù)值。
第十二步在本次循環(huán)，即第i次循環(huán)中求得當(dāng)前名義損傷向量dic后，按照式(18)、式(19)建立標(biāo)識(shí)向量Fi。如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素全為0，則回到第十步繼續(xù)本次循環(huán)；如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素不全為0，則進(jìn)入下一步、即第十三步。
第十三步根據(jù)式(20)計(jì)算得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的初始損傷向量di+1o的每一個(gè)元素di+1oj。
第十四步在索結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上，令被評(píng)估對(duì)象的健康狀況為上一步計(jì)算得到的向量di+1o后，得到新的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型，即下一次(第i+1次)循環(huán)所需的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1。
第十五步通過對(duì)力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1的計(jì)算得到對(duì)應(yīng)于模型Ai+1的結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的數(shù)值，這些數(shù)值組成下一次、即第i+1次循環(huán)所需的向量Ci+1o，即被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量。
第十六步健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)定期自動(dòng)或由人員操作健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)生成索系統(tǒng)健康情況報(bào)表。
第十七步在指定條件下，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作通信報(bào)警設(shè)備向監(jiān)控人員、業(yè)主和(或)指定的人員報(bào)警。
第十八步回到第七步，開始下一次循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)的識(shí)別受損索和支座位移的遞進(jìn)式方法，其特征在于所述方法包括
a.稱被評(píng)估的支承索和支座位移分量為被評(píng)估對(duì)象，設(shè)被評(píng)估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(shù)量之和為N，即被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量為N；確定被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評(píng)估對(duì)象編號(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)明用變量j表示這一編號(hào)，j＝1，2，3，...，N；
b.確定指定的被監(jiān)測(cè)點(diǎn)，被監(jiān)測(cè)點(diǎn)即表征結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息的所有指定點(diǎn)，并給所有指定點(diǎn)編號(hào)；確定被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變方向，并給所有指定的被監(jiān)測(cè)應(yīng)變編號(hào)；“被監(jiān)測(cè)應(yīng)變編號(hào)”在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”由上述所有被監(jiān)測(cè)應(yīng)變組成；將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測(cè)量”；所有被監(jiān)測(cè)量的數(shù)量之和不得小于N；
c.利用被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)等能夠表達(dá)被評(píng)估對(duì)象的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立被評(píng)估對(duì)象初始健康狀態(tài)向量dio；如果沒有被評(píng)估對(duì)象的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，向量dio的各元素?cái)?shù)值取0；向量dio的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同；本發(fā)明用i表示循環(huán)次數(shù)，i＝1，2，3，......；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的初始健康狀態(tài)向量dio可以具體化為d1o；
d.在建立初始健康狀態(tài)向量d1o的同時(shí)，直接測(cè)量計(jì)算得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值，組成被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio可以具體化為C1o；在實(shí)測(cè)得到被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量C1o的同時(shí)，實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有索的初始索力數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
e.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、索的無損檢測(cè)數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai；這里是第一次循環(huán)，i取1，即這里建立的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai可以具體化為A1；
f.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“名義單位損傷向量Diu”，其中i表示循環(huán)次數(shù)，后面i及上標(biāo)i都表示循環(huán)次數(shù)，i＝1，2，3，......；
g.實(shí)測(cè)得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前實(shí)測(cè)數(shù)值，組成“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”；給本步及本步之前出現(xiàn)的所有向量的元素編號(hào)時(shí)，應(yīng)使用同一編號(hào)規(guī)則，這樣可以保證本步及本步之前出現(xiàn)的各向量的、編號(hào)相同的元素，表示同一被監(jiān)測(cè)量的、對(duì)應(yīng)于該元素所屬向量所定義的相關(guān)信息；
h.定義當(dāng)前名義損傷向量dic和當(dāng)前實(shí)際損傷向量di，兩個(gè)損傷向量的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，當(dāng)前名義損傷向量dic的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前名義損傷程度或支座位移，當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的當(dāng)前實(shí)際損傷程度或支座位移，兩個(gè)損傷向量的元素的元素個(gè)數(shù)等于被評(píng)估對(duì)象的數(shù)量，兩個(gè)損傷向量的元素和被評(píng)估對(duì)象之間是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩個(gè)損傷向量的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同；
i.依據(jù)“被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量Ci”同“被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Cio”、“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“當(dāng)前名義損傷向量dic”間存在的近似線性關(guān)系，該近似線性關(guān)系可表達(dá)為式1，式1中除dic外的其它量均為已知，求解式1就可以算出當(dāng)前名義損傷向量dic；
式1
j.利用式2表達(dá)的當(dāng)前實(shí)際損傷向量di同初始損傷向量dio和當(dāng)前名義損傷向量dic的元素間的關(guān)系，計(jì)算得到當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的所有元素；
式2
式2中j＝1，2，3，……，N；
當(dāng)前實(shí)際損傷向量di的元素?cái)?shù)值代表對(duì)應(yīng)被評(píng)估對(duì)象的實(shí)際損傷程度或?qū)嶋H支座位移，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際損傷向量di就能確定有哪些索受損及其損傷程度，就能確定實(shí)際支座位移；若當(dāng)前實(shí)際損傷向量的某一元素對(duì)應(yīng)于是索系統(tǒng)中的一根索，且其數(shù)值為0，表示該元素所對(duì)應(yīng)的索是完好的，沒有損傷的，若其數(shù)值為100％，則表示該元素所對(duì)應(yīng)的索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于0和100％之間，則表示該索喪失了相應(yīng)比例的承載能力；如果當(dāng)前實(shí)際損傷向量的某一元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)支座的一個(gè)位移分量，那么dij表示其當(dāng)前位移數(shù)值；
k.在求得當(dāng)前名義損傷向量dic后，按照式3建立標(biāo)識(shí)向量Fi，式4給出了標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素的定義；
式3
式4
式4中元素Fij是標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素，它們都表示第j個(gè)被評(píng)估對(duì)象的相關(guān)信息，式4中j＝1，2，3，……，N；
l.如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素全為0，則回到第g步繼續(xù)本次循環(huán)；如果標(biāo)識(shí)向量Fi的元素不全為0，則進(jìn)入下一步、即第m步；
m.根據(jù)式5計(jì)算得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的初始損傷向量di+1o的每一個(gè)元素di+1oj；
式5
式5中Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個(gè)元素，dicj是當(dāng)前名義損傷向量dic的第j個(gè)元素，F(xiàn)ij是標(biāo)識(shí)向量Fi的第j個(gè)元素，式5中j＝1，2，3，……，N；向量di+1o的元素的編號(hào)規(guī)則和被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則相同；
n.在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上，令被評(píng)估對(duì)象的健康狀況為di+1o后更新得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1；
o.通過對(duì)力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai+1的計(jì)算得到對(duì)應(yīng)于模型Ai+1的結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)應(yīng)變的點(diǎn)的、將被監(jiān)測(cè)的應(yīng)變方向的應(yīng)變數(shù)值，這些數(shù)值組成下一次、即第i+1次循環(huán)所需的被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量Ci+1o；
p.回到第f步，開始下一次循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)的識(shí)別受損索和支座位移的遞進(jìn)式方法，其特征在于在步驟f中，在力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算獲得“單位損傷被監(jiān)測(cè)量數(shù)值變化矩陣ΔCi”和“名義單位損傷向量Diu”的具體方法為
f1.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)模型Ai的基礎(chǔ)上進(jìn)行若干次力學(xué)計(jì)算，計(jì)算次數(shù)數(shù)值上等于N；依據(jù)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次進(jìn)行計(jì)算；每一次計(jì)算假設(shè)只有一個(gè)被評(píng)估對(duì)象在原有損傷或位移的基礎(chǔ)上再增加單位損傷或單位位移，具體的，如果該被評(píng)估對(duì)象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索再增加單位損傷，如果該被評(píng)估對(duì)象是一個(gè)支座的一個(gè)方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向再增加單位位移，每一次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象不同于其它次計(jì)算中再增加單位損傷或單位位移的被評(píng)估對(duì)象，用“名義單位損傷向量Diu”記錄記錄所有假定的再增加的單位損傷或單位位移，其中i表示第i次循環(huán)，每一次計(jì)算都利用力學(xué)方法計(jì)算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值，每一次計(jì)算得到的所有被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前計(jì)算值組成一個(gè)被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量；
f2.每一次計(jì)算得到的被監(jiān)測(cè)量計(jì)算當(dāng)前數(shù)值向量減去被監(jiān)測(cè)量初始數(shù)值向量后再除以該次計(jì)算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量，有N個(gè)被評(píng)估對(duì)象就有N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量；
f3.由這N個(gè)被監(jiān)測(cè)量變化向量按照N個(gè)被評(píng)估對(duì)象的編號(hào)規(guī)則，依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測(cè)量單位變化矩陣ΔCi。
全文摘要
基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)的識(shí)別受損索和支座位移的遞進(jìn)式方法基于應(yīng)變監(jiān)測(cè)，考慮到了被監(jiān)測(cè)量的當(dāng)前數(shù)值向量同被監(jiān)測(cè)量的初始數(shù)值向量、單位損傷被監(jiān)測(cè)量變化矩陣和當(dāng)前名義損傷向量間的線性關(guān)系是近似的，為克服此缺陷，本發(fā)明給出了使用線性關(guān)系分段逼近非線性關(guān)系的方法，將大區(qū)間分割成連續(xù)的一個(gè)個(gè)小區(qū)間，在每一個(gè)小區(qū)間內(nèi)上述線性關(guān)系都是足夠準(zhǔn)確的，在每一個(gè)小區(qū)間內(nèi)可以利用多目標(biāo)優(yōu)化算法等合適的算法快速識(shí)別出支座位移和受損索。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101819097SQ20101013754
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者韓玉林 申請(qǐng)人:東南大學(xué)