專利名稱：支座沉降和溫度變化基于空間坐標監(jiān)測的受損索識別方法
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，本方法基于空間坐標監(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，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：
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，會引起結構的可測量參數(shù)的變化，例如索結構的空間坐標會發(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構空間坐標數(shù)據(jù)判斷結構的健康狀態(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”，后面提到“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，還會受索結構溫度變化(常常會發(fā)生)和索結構支座平移位移(沉降是平移位移在重力方向的分量)的影響，在索結構溫度發(fā)生變化和索結構支座發(fā)生平移位移的條件下，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。在索結構有支座沉降和溫度變化時，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(nèi)容
技術問題本方法的目的是在索結構有支座沉降和溫度變化時，針對索結構中索系統(tǒng)的健康監(jiān)測問題，公開了一種基于空間坐標監(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大部分組成。分別是建立索系統(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)和實測索結構的空間坐標及實測索結構溫度的索系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法、健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。本方法的第一部分建立索系統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法。具體如下第一步，查詢或?qū)崪y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(nèi)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?qū)崪y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(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(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△ 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(nèi)，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。
2.建立索結構的初始力學計算基準模型A。(例如有限元基準模型)和當前初始力學計算基準模型(例如有限元基準模型)的方法，建立與A。對應的被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的方法，建立與Attj對應的被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj的方法。在本方法中A。和C。是不變的。Attj和Cttj是不斷更新的。建立A。和C。、建立和更新Attj和Cttj的方法如下。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?！敖Y構的全部被監(jiān)測的空間坐標數(shù)據(jù)”由結構上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。每次共有M(M = KXL)個空間坐標測量值或計算值來表征結構空間坐標信息。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，也就是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)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)。使用常規(guī)方法(查資料或?qū)崪y)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，也就是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)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。。對應于A。的索結構支座坐標數(shù)據(jù)組成初始索結構支座坐標向量U。。d0 = [dol do2 doJ doN]T (I)式(I)中(1。」(」=1，2，3，.......，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0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0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，也就是在獲得索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的同一時刻，使用常規(guī)方法直接測量計算得到的索結構的所有被監(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A0的“被監(jiān)測量”的具體數(shù)值。因在前述條件下，基于索結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= [C01 C02 Coj -C0Jt (2)式(2)中CtjjU=I, 2，3，.......，M)是索結構中第j個被監(jiān)測量的初始量，該分量
依據(jù)編號規(guī)則對應于特定的第j個被監(jiān)測量。不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型A。，計入“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”(即初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。)、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)，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力計算數(shù)據(jù)、應變計算數(shù)據(jù)、索結構形狀計算數(shù)據(jù)和位移計算數(shù)據(jù)、索結構角度數(shù)據(jù)、索結構空間坐標數(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，索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)用初始索結構穩(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的每一個被監(jiān)測量的計算數(shù)值組成被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。?？梢哉fT。、U。和d。是A。的參數(shù)，C。由A。的力學計算結果組成。建立和更新當前初始力學計算基準模型Attj的方法是在初始時刻(也就是第一次建立Attj時)，Attj就等于A。，Attj對應的“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IV’，在初始時刻，Tt0就等于T。，向量Tttj的定義方式與向量T。的定義方式相同。對應于索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的索結構支座坐標數(shù)據(jù)組成當前初始索結構支座坐標向量U1。，在初始時刻也就是第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj時，Ut0就等于U。。At0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Attj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；索結構處于Attj狀態(tài)時，本方法用被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。表示所有被監(jiān)測量的具體數(shù)值，Ct0的元素與C。的元素一一對應，分別表示所有被監(jiān)測量在索結構處于At0和A。兩種狀態(tài)時的具體數(shù)值。在初始時刻，Cttj就等于C。，Tt0^Ut0和d。是Y。的參數(shù)，Ct0由At0的力學計算結果組成；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)(稱為“當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt'向量Tt的定義方式與向量d。的定義方式相同);在得到向量Tt的同時，實測得到索結構支座坐標當前數(shù)據(jù)，所有索結構支座坐標當前數(shù)據(jù)組成當前索結構實測支座坐標向量Ut ;如果Tt等于Tttj且Ut等于U',則不需要對Attj進行更新，否則需要對At0, Ut0和Tttj進行更新，更新方法是第一步計算Ut與U。的差，Ut與U。的差就是索結構支座關于初始位置的當前支座平移位移，用支座平移位移向量V表示支座平移位移，支座平移位移向量V中的元素與支座平移位移分量之間是一一對應關系，支座平移位移向量V中一個元素的數(shù)值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移，其中支座平移位移在重力方向的分量就是支座沉降量；第二步計算Tt與T。的差，Tt與T。的差就是當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度 數(shù)據(jù)關于初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化，Tt與T。的差用穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S表示，S等于Tt減去T。，S表示索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化；第三步先對A。中的索結構支座施加當前支座平移位移約束，當前支座平移位移約束的數(shù)值就取自支座平移位移向量V中對應元素的數(shù)值，再對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A。中索結構支座施加支座平移位移約束且對A。中的索結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#。，更新Attj的同時，Ut0所有元素數(shù)值也用Ut所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 U', Tt0所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應代替，即更新了I"。，這樣就得到了正確地對應于Attj的Tttj ;更新C1。的方法是當更新Attj后，通過力學計算得到At0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C1。。索結構中所有被監(jiān)測量的當前值組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C (定義見式(3))。C = [C1 C2 Cj CJt (3)式(3)中Cj(j=l，2，3，.......，M)是索結構中第j個被監(jiān)測量的當前值，該分量Cj
依據(jù)編號規(guī)則與對應于同一“被監(jiān)測量”。在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同一時刻，實測得到索結構的所有被監(jiān)測量的當前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C。3.建立和更新索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC的方法。索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當前初始力學計算基準模型Attj和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj的同時，更新索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC。具體方法如下在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上進行若干次計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于所有支承索的數(shù)量。每一次計算假設索系統(tǒng)中只有一根支承索在初始損傷(用向量d。的對應元素表示)的基礎上再增加單位損傷Du (例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷)，每一次計算中出現(xiàn)損傷的索不同于其它次計算中出現(xiàn)損傷的索，每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的所有被監(jiān)測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前計算值組成一個被監(jiān)測量計算當前向量(當假設第i根索有單位損傷時，可用式(4)表示被監(jiān)測量計算當前向量CtO ;每一次計算得到被監(jiān)測量計算當前向量減去被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。，所得向量就是此條件下(以有單位損傷的支承索的位置或編號等為標記)的被監(jiān)測量變化向量(當?shù)趇根索有單位損傷時，用S Ci表示被監(jiān)測量變化向量，定義見式(5))，被監(jiān)測量變化向量的每一元素表示由于計算時假定有單位損傷的那根索的單位損傷而引起的該元素所對應的被監(jiān)測量的改變量；有N根索就有N個被監(jiān)測量變化向量，由于有N個被監(jiān)測量，所以每個被監(jiān)測量變化向量有N個元素，由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有MXN個元素的單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC，A C的定義如式(6)所示。C；=[Q C C； C]T(4)式(4)中元素Ctj1 (i = I, 2, 3,......., N ； j = I, 2, 3,.......，M)表示由于第 i
根索有單位損傷時，依據(jù)編號規(guī)則所對應的第j個被監(jiān)測量的當前計算量。
權利要求
1. 一種支座沉降和溫度變化基于空間坐標監(jiān)測的受損索識別方法，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；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)量不得小于支承索的數(shù)量；所有被監(jiān)測空間坐標分量的數(shù)量之和不得小于支承索的數(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(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(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△ I；;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?qū)崪y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(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(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ATpmaj^P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(nèi)，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A Tpmax ;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”AT_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(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O ;初始索結構支座坐標數(shù)據(jù)組成初始索結構支座坐標向量U。； 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)、初始索結構支座坐標向量U。、初始索結構穩(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#。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量TtJ ;第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj時，索結構的當前初始力學計算基準模型Attj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Cttj就等于被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。'At0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1"?！保谝淮谓⑺鹘Y構的當前初始力學計算基準模型Attj時，Tttj就等于T。；對應于索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的索結構支座坐標數(shù)據(jù)組成當前初始索結構支座坐標向量U1。，第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj時，Ut0就等于U。^t0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At0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。、U0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，Tt0, Ut0和d。是Attj的參數(shù)，Ct0由Attj的力學計算結果組成；在本方法中A。、U。、C。、d。和T。是不變的； e.從這里進入由第e步到第m步的循環(huán)；在索結構服役過程中，不斷按照“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)，“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當前數(shù)據(jù)稱為“當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt'向量Tt的定義方式與向量T。的定義方式相同；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同一時刻，實測得到索結構支座坐標當前數(shù)據(jù)，所有索結構支座坐標當前數(shù)據(jù)組成當前索結構實測支座坐標向量Ut ； f.根據(jù)當前索結構實測支座坐標向量Ut和當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt,按照步驟fl至f3更新當前初始力學計算基準模型#。、當前初始索結構支座坐標向量U1。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tttj ； fl分別比較Ut與Ut0Jt與Tt0,如果Ut等于Ut0且Tt等于Tt0,則At0, Ut0, Ct0和Tt0保持不變；否則需要按下列步驟對A1。、Ut0和Tttj進行更新； f2.計算Ut與U。的差，Uv與U。的差就是索結構支座關于初始位置的當前支座平移位移，用支座平移位移向量V表不支座平移位移，V等于Ut減去U。,支座平移位移向量V中的元素與支座平移位移分量之間是一一對應關系，支座平移位移向量V中一個元素的數(shù)值對應于一個指定支座的一個指定方向的平移位移，其中支座平移位移在重力方向的分量就是支座沉降量；計算Tt與T。的差，Tt與T。的差就是當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關于初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化，Tt與T。的差用穩(wěn)態(tài)溫度變化向量S表示，S等于Tt減去T。，S表示索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化； f3.先對A0中的索結構支座施加當前支座平移位移約束，當前支座平移位移約束的數(shù)值就取自支座平移位移向量V中對應元素的數(shù)值，再對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A。中索結構支座施加支座平移位移約束且對A。中的索結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#。，更新At0的同時，U1。所有元素數(shù)值也用Ut所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 Ut07Tt0所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 I"。，這樣就得到了正確地對應于Attj的Tttj和Ut0 ；更新Cttj的方法是當更新Attj后，通過力學計算得到Attj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Cttj ^t0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； g.在當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上按照步驟gl至g4進行若干次力學計算，通過計算獲得索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣A C和單位損傷標量Du ； gl.索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當前初始力學計算基準模型#。、當前初始索結構支座坐標向量U1。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量I"。之后，必須接著更新索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣A C和單位損傷標量Du ； g2.在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj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)中只有一根支承索有單位損傷標量Du，每一次計算中出現(xiàn)損傷的索不同于其它次計算中出現(xiàn)損傷的索，每一次計算得到索結構中所有被監(jiān)測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前計算值組成一個被監(jiān)測量計算當前向量，被監(jiān)測量計算當前向量的元素編號規(guī)則與被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的元素編號規(guī)則相同； g3.每一次計算得到的被監(jiān)測量計算當前向量減去被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj得到一個被監(jiān)測量變化向量；有N根支承索就有N個被監(jiān)測量變化向量； g4.由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有N列的索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC ;索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC的每一列對應于一個被監(jiān)測量變化向量； h.在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt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Tt的時刻的同一時刻的索結構的所有被監(jiān)測量的當前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C ;被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj與被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的定義方式相同，三個向量的相同編號的元素表示同一被監(jiān)測量在不同時刻的具體數(shù)值； i.定義索系統(tǒng)當前名義損傷向量山索系統(tǒng)當前名義損傷向量d的元素個數(shù)等于支承索的數(shù)量，索系統(tǒng)當前名義損傷向量d的元素和支承索之間是一一對應關系，索系統(tǒng)當前名義損傷向量d的元素數(shù)值代表對應支承索的名義損傷程度或名義健康狀態(tài)；向量d的元素的編號規(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同； j.依據(jù)被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C同被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。、索結構單位損傷被監(jiān)測量變化矩陣AC、單位損傷標量Du和待求的索系統(tǒng)當前名義損傷向量d間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d外的其它量均為已知，求解式I就可以算出索系統(tǒng)當前名義損傷向量d;
全文摘要
支座沉降和溫度變化基于空間坐標監(jiān)測的受損索識別方法基于空間坐標監(jiān)測，通過監(jiān)測支座平移位移、索結構溫度和環(huán)境溫度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，得到計入支座平移位移、索結構溫度和環(huán)境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)測量變化矩陣。依據(jù)被監(jiān)測量當前數(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)測量變化矩陣、單位損傷標量和待求的索系統(tǒng)當前名義損傷向量間存在的近似線性關系算出索系統(tǒng)當前名義損傷向量的非劣解，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G01K3/00GK102706654SQ20121017291
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)明者萬江, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學