基于混合监测的识别受损索和支座位移的递进式方法

摘要

基于混合监测的识别受损索和支座位移的递进式方法基于混合监测，考虑到了被监测量的当前数值向量同被监测量的初始数值向量、单位损伤被监测量变化矩阵和当前名义损伤向量间的线性关系是近似的，为克服此缺陷，本发明给出了使用线性关系分段逼近非线性关系的方法，将大区间分割成连续的一个个小区间，在每一个小区间内上述线性关系都是足够准确的，在每一个小区间内可以利用多目标优化算法等合适的算法快速识别出支座位移和受损索。

主权项

1.一种基于混合监测的识别受损索和支座位移的递进式方法，其特征在于所述方法包括：a.称被评估的支承索和支座位移分量为被评估对象，设被评估的支承索的数量和支座位移分量的数量之和为N，即被评估对象的数量为N；确定被评估对象的编号规则，按此规则将索结构中所有的被评估对象编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；用变量j表示这一编号，j＝1，2，3，...，N；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Q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不得小于被评估对象的数量N；由于M个被监测量是不同类型的，所以本方法称为“基于混合监测的识别受损索和支座位移的递进式方法”；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.利用被评估对象的无损检测数据能够表达被评估对象的健康状态的数据建立被评估对象初始健康状态向量dⁱ_o；如果没有被评估对象的无损检测数据时，向量dⁱ_o的各元素数值取0；向量dⁱ_o的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；本方法用i表示循环次数，i＝1，2，3，......；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的初始健康状态向量dⁱ_o具体化为d¹_o；d.在建立初始健康状态向量d¹_o的同时，直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数值，组成被监测量的初始数值向量Cⁱ_o；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的被监测量的初始数值向量Cⁱ_o具体化为C¹_o；在实测得到被监测量初始数值向量C¹_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和初始索结构支座坐标数据；e.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坐标数据建立索结构的力学计算基准模型Aⁱ；这里是第一次循环，i取1，即这里建立的索结构的力学计算基准模型Aⁱ具体化为A¹；f.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上进行若干次力学计算，通过计算获得“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“名义单位损伤向量Dⁱ_u”；g.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Cⁱ”给本步及本步之前出现的所有向量的元素编号时，应使用同一编号规则，保证本步及本步之前出现的各向量的、编号相同的元素，表示同一被监测量的、对应于该元素所属向量所定义的相关信息；h.定义当前名义损伤向量dⁱ_c和当前实际损伤向量dⁱ，两个损伤向量的元素个数等于被评估对象的数量，当前名义损伤向量dⁱ_c的元素数值代表对应被评估对象的当前名义损伤程度或支座位移，当前实际损伤向量dⁱ的元素数值代表对应被评估对象的当前实际损伤程度或支座位移，两个损伤向量的元素的元素个数等于被评估对象的数量，两个损伤向量的元素和被评估对象之间是一一对应关系，两个损伤向量的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；i.依据“被监测量的当前数值向量Cⁱ”同“被监测量的初始数值向量Cⁱ_o”、“单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔCⁱ”和“当前名义损伤向量dⁱ_c”间存在的近似线性关系，该近似线性关系表达为式1，式1中除dⁱ_c外的其它量均为已知，求解式1算出当前名义损伤向量dⁱ_c；$C^i=C_o^i+{\mathrm{\Delta C}}^i·d_c^i$式1j.利用式2表达的当前实际损伤向量dⁱ同初始损伤向量dⁱ_o和当前名义损伤向量dⁱ_c的元素间的关系，计算得到当前实际损伤向量dⁱ的所有元素；$d_j^i=1-(1-d_{\mathrm{oj}}^i)(1-d_{\mathrm{cj}}^i)$式2式2中j＝1，2，3，……，N；当前实际损伤向量dⁱ的元素数值代表对应被评估对象的实际损伤程度或实际支座位移，根据当前实际损伤向量dⁱ就能确定有哪些索受损及其损伤程度，就能确定实际支座位移；若当前实际损伤向量的某一元素对应于是索系统中的一根索，且其数值为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；如果当前实际损伤向量的某一元素对应于一个支座的一个位移分量，那么表示其当前位移数值；k.在求得当前名义损伤向量dⁱ_c后，按照式3建立标识向量Fⁱ，式4给出了标识向量Fⁱ的第j个元素的定义；$F^i={\left[\begin{array}{cccccccccc}{F}_1^i& F_2^i& ·& ·& ·& F_j^i& ·& ·& ·& F_N^i\end{array}\right]}^T$式3$F_j^i=\left\{\begin{array}{ccc}0,& \mathrm{if}& d_{\mathrm{cj}}^i<D_{\mathrm{uj}}^i\\ 1,& \mathrm{if}& d_{\mathrm{cj}}^i\ge D_{\mathrm{uj}}^i\end{array}\right.$式4式4中元素是标识向量Fⁱ的第j个元素，Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_cj是当前名义损伤向量dⁱ_c的第j个元素，它们都表示第j个被评估对象的相关信息，式4中j＝1，2，3，……，N；l.如果标识向量Fⁱ的元素全为0，则回到第g步继续本次循环；如果标识向量Fⁱ的元素不全为0，则进入下一步、即第m步；m.根据式5计算得到下一次、即第i+1次循环所需的初始损伤向量dⁱ⁺¹_o的每一个元素dⁱ⁺¹_oj；$d_{\mathrm{oj}}^{i+1}=1-(1-d_{\mathrm{oj}}^i)(1-D_{\mathrm{uj}}^i{F}_j^i)$式5式5中Dⁱ_uj是名义单位损伤向量Dⁱ_u的第j个元素，dⁱ_oj是向量dⁱ_o的第j个元素，是标识向量Fⁱ的第j个元素，式5中j＝1，2，3，……，N；向量dⁱ⁺¹_o的元素的编号规则和被评估对象的编号规则相同；n.在力学计算基准模型Aⁱ的基础上，令被评估对象的健康状况为dⁱ⁺¹_o后更新得到下一次、即第i+1次循环所需的力学计算基准模型Aⁱ⁺¹；o.通过对力学计算基准模型Aⁱ⁺¹的计算得到对应于模型Aⁱ⁺¹的结构的所有被监测应变的点的、将被监测的应变方向的应变数值，这些数值组成下一次、即第i+1次循环所需的被监测量的初始数值向量Cⁱ⁺¹_o；p.回到第f步，开始下一次循环。