支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法

摘要

支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法基于混合监测、通过监测结构支座角坐标来决定是否需要更新结构的力学计算基准模型，只有当结构支座角坐标发生变化时才更新结构的力学计算基准模型，从而得到新的计入结构支座角位移的结构的力学计算基准模型，在此模型的基础上计算获得单位损伤被监测量变化矩阵。依据被监测量的当前数值向量同被监测量初始向量、单位损伤被监测量变化矩阵、单位损伤标量和待求的索系统当前损伤向量间存在的近似线性关系，可以利用多目标优化算法等合适的算法快速算出当前索损伤向量的非劣解，据此可以在有支座角位移时、比较准确地确定受损索的位置及其损伤程度。

主权项

1.一种支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法，其特征在于所述方法包括：a. 设共有N根索，首先确定索的编号规则，按此规则将索结构中所有的索编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；b. 确定混合监测时指定的将被监测索力的支承索，设索系统中共有N根索，结构的被监测的索力数据由结构上M₁个指定索的M₁个索力数据来描述，结构索力的变化就是所有指定索的索力的变化；每次共有M₁个索力测量值或计算值来表征结构的索力信息；M₁是一个不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测应变的被测量点，结构的被监测的应变数据可由结构上K₂个指定点的、及每个指定点的L₂个指定方向的应变来描述，结构应变数据的变化就是K₂个指定点的所有被测应变的变化；每次共有M₂个应变测量值或计算值来表征结构应变，M₂为K₂和L₂之积；M₂是不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测角度的被测量点，结构的被监测的角度数据由结构上K₃个指定点的、过每个指定点的L₃个指定直线的、每个指定直线的H₃个角度坐标分量来描述，结构角度的变化就是所有指定点的、所有指定直线的、所有指定的角度坐标分量的变化；每次共有M₃个角度坐标分量测量值或计算值来表征结构的角度信息，M₃为K₃、L₃和H₃之积；M₃是一个不小于0的整数；确定混合监测时指定的将被监测的形状数据，结构的被监测的形状数据由结构上K₄个指定点的、及每个指定点的L₄个指定方向的空间坐标来描述，结构形状数据的变化就是K₄个指定点的所有坐标分量的变化；每次共有M₄个坐标测量值或计算值来表征结构形状，M₄为K₄和L₄之积；M₄是一个不小于0的整数；综合上述混合监测的被监测量，整个结构共有M个被监测量，M为M₁、M₂、M₃和M₄之和，定义参量K， K为M₁、K₂、K₃和K₄之和，K和M不得小于索的数量N；由于M个被监测量是不同类型的，所以本发明称为“支座角位移时基于混合监测的索系统的健康监测方法”；为方便起见，在本发明中将本步所列出的“混合监测时结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”；c. 直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量初始向量C_o；在实测得到被监测量初始向量C_o的同时，实测得到索结构的所有索的初始索力数据、结构的初始几何数据、初始索结构支座坐标数据和初始索结构支座角坐标数据，初始索结构支座角坐标数据组成初始索结构支座角坐标向量U_o；d. 根据索结构的设计图、竣工图和索结构的实测数据、索的无损检测数据和初始索结构支座角坐标向量U_o建立索结构的初始力学计算基准模型A_o并第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o，索结构的实测数据至少包括索结构的所有索的初始索力数据、初始索结构支座坐标数据、初始索结构支座角坐标数据和索结构的初始几何数据；第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o时，索结构的当前力学计算基准模型A^t_o就等于索结构的初始力学计算基准模型A_o；对应于索结构的当前力学计算基准模型A^t_o的索结构支座角坐标数据组成当前索结构支座角坐标向量U^t_o，第一次建立索结构的当前力学计算基准模型A^t_o时，U^t_o就等于U_o；e. 从这里进入由第e步到第k步的循环；在结构服役过程中，不断实测得到索结构支座角坐标当前数据，所有索结构支座角坐标当前数据组成当前索结构实测支座角坐标向量U^t；f. 根据当前索结构实测支座角坐标向量U^t，在必要时更新当前力学计算基准模型A^t_o和当前索结构支座角坐标向量U^t_o；g. 在当前力学计算基准模型A^t_o的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC和单位损伤标量D_u；h. 实测得到索结构的所有指定被监测量的当前实测数值，组成被监测量的当前数值向量C；i. 定义索系统当前损伤向量d，索系统当前损伤向量d的元素个数等于索的数量，索系统当前损伤向量d的元素和索之间是一一对应关系，索系统当前损伤向量d的元素数值代表对应索的损伤程度或健康状态；j. 依据被监测量的当前数值向量C同被监测量初始向量C_o、索结构单位损伤被监测量变化矩阵ΔC、单位损伤标量D_u和待求的索系统当前损伤向量d间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式1，式1中除d外的其它量均为已知，求解式1就可以算出索系统当前损伤向量d；由于当前损伤向量d的元素数值代表对应索的损伤程度，所以根据当前损伤向量确定有哪些索受损及其损伤程度，即实现了索结构中索系统的健康监测；若当前索损伤向量的某一元素的数值为0，表示该元素所对应的索是完好的，没有损伤的；若其数值为100%，则表示该元素所对应的索已经完全丧失承载能力；若其数值介于0和100%之间，则表示该索丧失了相应比例的承载能力；式1k. 回到第e步，开始有第e步到第k步的下一次循环。