專利名稱：溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別方法
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，為方便起見本方法將該類結構表述為“索結構”。隨著環(huán)境溫度的變化，索結構的溫度也會發(fā)生變化，在索結構溫度發(fā)生變化時，本方法基于索力監(jiān)測來識別索結構的支承系統(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，本專利將該類結構的全部支承部件統(tǒng)一稱為“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，同樣為了方便，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，同樣為了方便，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(jiān)測領域。
背景技術：
索系統(tǒng)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(jiān)測技術來識別索結構的索系統(tǒng)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(tǒng)的健康狀態(tài)發(fā)生變化后，會引起結構的可測量參數(shù)的變化，例如會引起支承索索力的變化，實際上索力的變化包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息，也就是說可以利用索力數(shù)據(jù)判斷結構的健康狀態(tài)，可以基于索力監(jiān)測來識別受損索。本方法將被監(jiān)測的索力稱為“被監(jiān)測量”，后面提到“被監(jiān)測量”就是指被監(jiān)測的索力。被監(jiān)測量除了受索系統(tǒng)健康狀態(tài)的影響外，還會受索結構溫度變化(常常會發(fā)生)的影響，在索結構溫度發(fā)生變化的條件下，如果能夠基于對被監(jiān)測量的監(jiān)測來實現(xiàn)受損索識別，對索結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。在索結構有溫度變化時，為了能對索結構的索系統(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一個被監(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)明內容
技術問題本方法的目的是在索結構有溫度變化時，針對索結構中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測問題，公開了一種基于索力監(jiān)測的、能夠合理有效地監(jiān)測索結構中索系統(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、“本方法的索結構的溫度測量計算方法”；二、建立溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測每一根支承索的索力及實測索結構溫度的溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別方法；三、溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別系統(tǒng)的軟件和硬件部分。本方法的第一部分“本方法的索結構的溫度測量計算方法”。
首先確定“本方法的索結構的溫度測量計算方法”。由于索結構的溫度可能是變化的，例如索結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，索結構的表面與內部的溫度有時可能是隨時間變化的，索結構的表面與內部的溫度可能是不同的，索結構的表面與內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“本方法的索結構的溫度測量計算方法”，具體如下第一步，查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學參數(shù)，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)和參數(shù)建立索結構的傳熱學計算模型。查詢索結構所在地不少于2年的近年來的氣象資料，統(tǒng)計得到這段時間內的陰天數(shù)量記為T個陰天，統(tǒng)計得到T個陰天中每一個陰天的0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)地球自轉和公轉規(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，每一個陰天的0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Al；。查詢索結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實測得到索結構所處環(huán)境的溫度隨時間和海拔高度的變化數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，計算得到索結構所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結構所處環(huán)境的溫度關于海拔高度的最大變化率△ Th，為方便敘述取ATh的單位為。C/m。在索結構的表面上取“R個索結構表面點”，后面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結構表面溫度計算數(shù)據(jù)”。在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時，“R個索結構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足的條件在后面敘述。從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少于三個不同的海拔高度，在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少于三個點，特別的，對于支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一個點，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“水平面與索結構表面的交線”相交的、“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結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，在每一個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 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，計索結構上“測量索結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個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結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個索結構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”;本方法中將在每一個選取的海拔高度處“相同海拔高度索結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)”。在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環(huán)境的氣溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，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一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個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數(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分鐘之間的索結構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結構所在環(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AT6max ;由索結構所在環(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A Tpfflax ;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個索結構表面點的索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結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)學計算得到每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每一個索結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“索結構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”后，計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結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“相同海拔高度處索結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構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”，記為ATtmax。第三步，測量計算獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結構穩(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)地球自轉和公轉規(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，參考平板最大溫差△ Tpmax和索結構表面最大溫差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，在前面測量計算得到的環(huán)境最大誤差AT6max不大于參考日溫差Al；，且參考平板最大溫差A Tpmax減去2攝氏度后不大于A Temax,且索結構表面最大溫差A 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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率的絕對值 不大于每小時0. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結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0. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測數(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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結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)時刻中的一個時，獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻；如果獲得索結構穩(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)時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩(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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結構在前面選定的HBE個“測量索結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個索結構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“HBE個索結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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“HBE個索結構沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時，“R個索結構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結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構表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ；索結構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點的數(shù)量不小于4，且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結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A Th得到的數(shù)值，為方便敘述取A Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“R個索結構表面點”中不存在一個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結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)計算得到索結構所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結構的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“R個索結構表面點”中至少有一個索結構表面點是索結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溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測每一根索的索力及實測索結構溫度的溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別方法。可按如下步驟依次進行，以獲得更準確的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)評估。第一步設索系統(tǒng)中共有N根支承索，結構索力數(shù)據(jù)就由N根支承索的索力來描述。設索系統(tǒng)中共有N根支承索，結構索力數(shù)據(jù)就由N根支承索的索力來描述。本方法通過監(jiān)測N根支承索的索力來實現(xiàn)受損索的識別，為方便起見，在本方法中將“結構的被監(jiān)測的索力數(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“索力的某某矩陣或某某向量”。本方法中稱共有M個被監(jiān)測量，本方法中M等于N。建立初始力學計算基準模型A。時，在索結構竣工之時，或者在建立健康監(jiān)測(受損索識別)系統(tǒng)前，按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結構穩(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“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用向量T。表示，稱為初始索結構穩(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(查資料或實測)得到索結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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩(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)方法實測計算得到索結構的實測計算數(shù)據(jù)。索結構的實測計算數(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)、索結構初始幾何數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結構支座坐標數(shù)據(jù)、索結構模態(tài)數(shù)據(jù)、結構應變數(shù)據(jù)、結構角度測量數(shù)據(jù)、結構空間坐標測量數(shù)據(jù)等實測數(shù)據(jù)。索結構的初始幾何數(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。利用索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數(shù)據(jù)、支承索的無損檢測數(shù)據(jù)、索結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“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”建立初始力學計算基準模型A。。
權利要求
1. 一種溫度變化時基于索力監(jiān)測的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；本方法通過監(jiān)測N根支承索的索力來實現(xiàn)受損索的識別，為方便起見，在本方法中將索結構的被監(jiān)測的支承索的索力數(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“索力的某某矩陣或某某向量”;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“本方法的索結構的溫度測量計算方法”按步驟bl至b3進行； bl :查詢或實測得到索結構組成材料及索結構所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學參數(shù)，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)和參數(shù)建立索結構的傳熱學計算模型；查詢索結構所在地不少于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個陰天中每一個陰天的0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)地球自轉和公轉規(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，每一個陰天的0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，參考日溫差記為查詢索結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實測得到索結構所處環(huán)境的溫度隨時間和海拔高度的變化數(shù)據(jù)和變化規(guī)律，計算得到索結構所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結構所處環(huán)境的溫度關于海拔高度的最大變化率△ Th，為方便敘述取ATh的單位為。C/m;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”，取“R個索結構表面點”的具體原則在步驟b3中敘述，后面將通過實測得到這R個索結構表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結構表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結構表面溫度計算數(shù)據(jù)”;從索結構所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少于三個不同的海拔高度，在每一個選取的海拔高度處、在水平面與索結構表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結構表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結構表面的交線”相交，在選取的測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結構的向陽面外法線方向和索結構的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中均布選取不少于三個點，特別的，對于支承索沿每一個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取一個點，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“水平面與索結構表面的交線”相交的、“測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結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，在每一個海拔高度處，選取了 B個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向在索結構中選取了 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，計索結構上“測量索結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個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結構的傳熱學計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結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個索結構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”;本方法中將在每一個選取的海拔高度處“相同海拔高度索結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)”;在索結構所在地按照氣象學測量氣溫要求選取一個位置，將在此位置實測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環(huán)境的氣溫；在索結構所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，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一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個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數(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分鐘之間的索結構所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結構所在環(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AT6max ；由索結構所在環(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個索結構表面點的索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由一個索結構表面點的當日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)按照時間先后順序排列，找到每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度和最低溫度，用每一個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列中的最高溫度減去最低溫度得到每一個索結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構表面最大溫差，記為ATsmax ;由每一索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學計算得到每一個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每一個索結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“索結構沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”后，計算在每一個選取的海拔高度處共計BE個“相同海拔高度索結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“相同海拔高度處索結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構厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海拔高度處索結構厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結構厚度方向最大溫差”，記為A Ttmax ； b3 :測量計算獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結構穩(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)地球自轉和公轉規(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，參考平板最大溫差八1；_和索結構表面最大溫差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，在前面測量計算得到的環(huán)境最大誤差ATraiax不大于參考日溫差A I；，且參考平板最大溫差ATpmax減去2攝氏度后不大于A T6max，且索結構表面最大溫差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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結構所在環(huán)境的氣溫關于時間的變化率的絕對值不大于每小時0. I攝氏度；第四項條件是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結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0. I攝氏度；第五項條件是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結構表面點中的每一個索結構表面點的索結構表面溫度實測數(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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結構厚度方向最大溫差” A Tnnax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)時刻中的一個時，獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學時刻；如果獲得索結構穩(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)時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩(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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結構溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結構上R個索結構表面點的計算溫度，R個索結構表面點的計算溫度稱為R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結構在前面選定的HBE個“測量索結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個索結構沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“HBE個索結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構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結構的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結構穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“HBE個索結構沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結構的表面上取“R個索結構表面點”時，“R個索結構表面點”的數(shù)量與分布必須滿足三個條件，第一個條件是當索結構溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當索結構表面上任意一點的溫度是通過“R個索結構表面點”中與索結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構表面上該任意點的溫度與索結構表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ;索結構表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點的數(shù)量不小于4，且“R個索結構表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結構表面均布；“R個索結構表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結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A Th得到的數(shù)值，為方便敘述取A Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結構表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結構表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“R個索結構表面點”中不存在一個索結構表面點，該索結構表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結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)計算得到索結構所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結構的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結構上找到全年受日照時間最充分的那些表面點的位置，“R個索結構表面點”中至少有一個索結構表面點是索結構上全年受日照時間最充分的那些表面點中的一個點； c.按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”直接測量計算得到初始狀態(tài)下的索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，初始狀態(tài)下的索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)稱為初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，記為“初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。” ；實測或查資料得到索結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構的實測數(shù)據(jù)，初始索結構的實測數(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力數(shù)據(jù)、初始索結構模態(tài)數(shù)據(jù)、初始索結構應變數(shù)據(jù)、初始索結構幾何數(shù)據(jù)、初始索結構支座坐標數(shù)據(jù)、初始索結構角度數(shù)據(jù)、初始索結構空間坐標數(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0,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完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于0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0 ; d.根據(jù)索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數(shù)據(jù)、支承索的無損檢測數(shù)據(jù)、索結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)、初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。和前面步驟得到的所有的索結構數(shù)據(jù)，建立計入“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結構的初始力學計算基準模型A。，基于A。計算得到的索結構計算數(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“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”就是“初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。” ;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；第一次建立計入“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結構的當前初始力學計算基準模型A1。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Citj和“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量IV’;第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Citj時，索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj就等于索結構的初始力學計算基準模型A。，被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Citj就等于被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C0 ^i0對應的“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”稱為“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"?！保谝淮谓⑺鹘Y構的當前初始力學計算基準模型Ai。時，Ti0就等于T。-,A10的支承索的初始健康狀態(tài)與A。的支承索的健康狀態(tài)相同，也用索系統(tǒng)初始損傷向量d。表示，在后面的循環(huán)過程中Aitj的支承索的初始健康狀態(tài)始終用索系統(tǒng)初始損傷向量d。表示；T。和d。是A。的參數(shù)，由A。的力學計算結果得到的所有被監(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。的力學計算結果組成，當Titj和d。是Ai0的參數(shù)時，Ct0由Ai0的力學計算結果組成；在本方法中A?！弧?、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A^A。和Ai。計入了溫度參數(shù)，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響；第i次循環(huán)開始時，對應于Aitj的“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Titj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)開始時需要的索系統(tǒng)當前初始損傷向量記為(^,d1。表示該次循環(huán)開始時索結構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。的元素與d。的元素一一對應；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Citj表示，向量C、的定義方式與向量C。的定義方式相同，Ci0的元素與C。的元素一一對應，被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量卜。表示對應于Aitj的所有被監(jiān)測量的具體數(shù)值；Ti。和(是Aitj的特性參數(shù)由Aitj的力學計算結果組成；第一次循環(huán)開始時，Aitj記為A1。，建立A10的方法為使A10等于A0 ;第一次循環(huán)開始時，T10記為T10,建立T10的方法為使T10等于T。；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)；在索結構服役過程中，按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的當前數(shù)據(jù)，所有“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當前數(shù)據(jù)組成當前索結構穩(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；在實測得到向量Ti的同時，實測得到在獲得當前索結構穩(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，C1的兀素與C。的兀素對應，表不相同被監(jiān)測量在不同時刻的數(shù)值；g.根據(jù)當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti,按照步驟gl至g2更新當前初始力學計算基準模型A:當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Titj和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C。而索系統(tǒng)當前初始損傷向量d1。保持不變； gl.比較Ti和Ti0,如果Ti等于Ti0,則A、、Ti0, Ci0和Cli0保持不變；g2.比較Ti和f。，如果Ti不等于f。，則需要對當前初始力學計算基準模型A10'當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"。和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Citj進行更新，更新方法是首先計算Ti與T。的差，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。；在初始力學計算基準模型A。的基礎上令支承索的健康狀況為索系統(tǒng)當前初始損傷向量d1。，再進一步對A。中的索結構施加溫度變化，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A0中的索結構施加溫度變化后得到的就是更新的當前初始力學計算基準模型Aitj ;在更新Ai0的同時,Ti。所有元素數(shù)值用Ti所有元素數(shù)值代替，即更新了 Titj,這樣就得到了正確地對 應于Aitj的T:此時屮。保持不變；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，用這些具體數(shù)值替換向量Citj中對應的元素，這樣就實現(xiàn)了向量Citj的更新； 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，通過計算建立單位損傷被監(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A 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A 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單位損傷值可以不同于其他支承索的單位損傷值，用“名義單位損傷向量Di/記錄所有索的假定的單位損傷，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根支承索有單位損傷時，可用表示對應的“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，表達了同一被監(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Ciu減去向量Citj得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以本次計算中假定的單位損傷值后得到一個“被監(jiān)測量的數(shù)值變化向量S 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“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC1”;“單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC1”的每一列對應于一個“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屮，(和Cli的元素個數(shù)等于支承索的數(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AC1”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f。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; 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、= I -(丨-doj X 丨-6/二)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完全喪失承載能力；若其數(shù)值介于0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； B: =[B5^式3 5'= I0, 《〈巧式‘ J [i,如果 式4中元素Bij是標識向量Bi的第j個元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素，Clicj是索系統(tǒng)當前名義損傷向量(的第j個元素，它們都表示第j根支承索的相關信息，式 4 中 j = 1，2，3，......，N ； m.如果標識向量B1的元素全為0,則回到步驟f繼續(xù)本次循環(huán)；如果標識向量B1的元素不全為0，則進入下一步、即步驟n ; n.根據(jù)式5計算得到下一次、即第i+1次循環(huán)所需的索系統(tǒng)當前初始損傷向量di+1。的每一個元素； <_=1-(1-<X卜/W式 5 式5中di+10j是下一次、即第i+1次循環(huán)所需的索系統(tǒng)當前初始損傷向量di+1。的第j個元素，Clioj是本次、即第i次循環(huán)的索系統(tǒng)當前初始損傷向量t的第j個元素，Diuj是第i次循環(huán)的名義單位損傷向量Diu的第j個元素，Bij是第i次循環(huán)的標識向量Bi的第j個元素，式5中j=l, 2, 3，……,N； o.取下一次、即第i+1次循環(huán)所需的當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti+1。等于第i次循環(huán)的當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Titj ； P.在初始力學計算基準模型A。的基礎上，令索的健康狀況為di+1。后，對初始力學計算基準模型A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數(shù)值就取本次、即第i次循環(huán)中使用的穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S，對A。中的索結構施加溫度變化后得到的就是下一次、即第i+1次循環(huán)所需的力學計算基準模型Ai+1 ;得到Ai+1后，通過力學計算得到Ai+1中所有被監(jiān)測量的、當前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組成下一次、即第i+1次循環(huán)所需的被監(jiān)測量當前初始 數(shù)值向量卜+1。； q.回到步驟f，開始下一次循環(huán)。
全文摘要
溫度變化時基于索力監(jiān)測的受損索逼近式識別方法基于索力監(jiān)測、通過監(jiān)測索結構溫度、環(huán)境溫度和受損索損傷程度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，只有當溫度發(fā)生變化和(或)受損索損傷程度較大時才更新索結構的力學計算基準模型，從而得到新的計入溫度的索結構的力學計算基準模型，在此模型的基礎上計算獲得單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣。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，可以利用多目標優(yōu)化算法等算法快速算出當前名義損傷向量的非劣解，據(jù)此可以在有溫度變化時、比較準確地確定受損索的位置及其損傷程度。
文檔編號G01M99/00GK102706602SQ20121017152
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學