基于索力監(jiān)測的受損索和集中載荷識別方法
【專利摘要】基于索力監(jiān)測的受損索和集中載荷識別方法基于索力監(jiān)測，通過監(jiān)測索結(jié)構(gòu)溫度和環(huán)境溫度來決定是否需要更新索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準模型，得到計入索結(jié)構(gòu)溫度和環(huán)境溫度的索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準模型，在此模型的基礎(chǔ)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)測量當(dāng)前數(shù)值向量同被監(jiān)測量當(dāng)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被評估對象當(dāng)前名義損傷向量間存在的近似線性關(guān)系算出被評估對象當(dāng)前名義損傷向量的非劣解，據(jù)此可以在有溫度變化時，利用多目標優(yōu)化算法等合適的算法剔除干擾因素的影響，識別出集中載荷變化量和受損索。
【專利說明】基于索力監(jiān)測的受損索和集中載荷識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]斜拉橋、懸索橋、桁架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表述為“索結(jié)構(gòu)”，并將索結(jié)構(gòu)的所有承載索、承載纜，及所有僅承受軸向拉伸或軸向壓縮載荷的桿件(又稱為二力桿件)，為方便起見統(tǒng)一稱為“索系統(tǒng)”，本方法中用“支承索”這一名詞指稱承載索、承載纜及僅承受軸向拉伸或軸向壓縮載荷的桿件，有時簡稱為“索”，所以在后面使用“索”這個字的時候，對桁架結(jié)構(gòu)實際就是指二力桿件。在結(jié)構(gòu)服役過程中，對支承索或索系統(tǒng)的健康狀態(tài)的正確識別關(guān)系到整個索結(jié)構(gòu)的安全。在環(huán)境溫度發(fā)生變化時，索結(jié)構(gòu)的溫度一般也會隨著發(fā)生變化，在索結(jié)構(gòu)溫度發(fā)生變化時，索結(jié)構(gòu)承受的集中載荷也可能發(fā)生變化，實際上即使索結(jié)構(gòu)的溫度不發(fā)生變化，索結(jié)構(gòu)承受的集中載荷也可能單獨發(fā)生變化，同時索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)也可能在發(fā)生變化，在這種復(fù)雜條件下，本方法基于索力監(jiān)測(本方法將被監(jiān)測的索力稱為“被監(jiān)測量”)來識別受損索和索結(jié)構(gòu)承受的集中載荷的變化量，屬工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]剔除載荷變化和結(jié)構(gòu)溫度變化對索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)識別結(jié)果的影響，從而準確地識別結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的變化，是目前迫切需要解決的問題；同樣的，剔除結(jié)構(gòu)溫度變化和結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)變化對結(jié)構(gòu)承受的集中載荷的變化量的識別結(jié)果的影響，對結(jié)構(gòu)安全同樣具有重要意義，本方法公開了解決這兩個問題的一種有效方法。
[0003]支承索受損對索結(jié)構(gòu)安全是一項重大威脅，基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)來識別索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索是一種極具潛力的方法。
[0004]當(dāng)索結(jié)構(gòu)承受的集中載荷出現(xiàn)變化時、或索結(jié)構(gòu)的溫度發(fā)生變化時、或索系統(tǒng)的健康狀態(tài)發(fā)生變化(例如發(fā)生損傷)時、或者三種情況同時發(fā)生時，會引起索結(jié)構(gòu)的可測量參數(shù)的變化，例如會引起索力的變化，會影響索結(jié)構(gòu)的變形或應(yīng)變，會影響索結(jié)構(gòu)的形狀或空間坐標，會引起過索結(jié)構(gòu)的每一點的任意假想直線的角度坐標的變化(例如結(jié)構(gòu)表面任意一點的切平面中的任意一根過該點的直線的角度坐標的變化，或者結(jié)構(gòu)表面任意一點的法線的角度坐標的變化)，所有的這些變化都包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息，也包含了集中載荷的變化量信息，也就是說可以利用索結(jié)構(gòu)的可測量參數(shù)來識別受損索和集中載荷的變化量。
[0005]目前已公開的技術(shù)、方法中，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結(jié)構(gòu)承受的載荷發(fā)生變化)識別結(jié)構(gòu)承受載荷的變化，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)發(fā)生變化)識別結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的變化，有些僅僅能夠在其它所有條件不變時(僅僅只有結(jié)構(gòu)溫度和結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)發(fā)生變化)識別結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度和結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的變化，目前還沒有一種公開的、有效的方法能夠同時識別結(jié)構(gòu)承受載荷、結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度和結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的變化，或者說在結(jié)構(gòu)所承受的載荷和結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度同時變化時，還沒有有效的方法能夠識別結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的變化，而結(jié)構(gòu)承受的載荷和結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度是常常變化的，所以如何在結(jié)構(gòu)承受的載荷和結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度變化時，剔除載荷變化和結(jié)構(gòu)溫度變化對索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)識別結(jié)果的影響，從而準確地識別結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的變化，是目前迫切需要解決的問題，本方法公開了一種方法，可以在索結(jié)構(gòu)承受的集中載荷和結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度發(fā)生變化時，剔除載荷變化和結(jié)構(gòu)溫度變化對索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)識別結(jié)果的影響，基于被監(jiān)測量監(jiān)測來識別受損索，對索結(jié)構(gòu)的安全具有重要的價值。
[0006]同樣的，在目前公開的方法中，還沒有出現(xiàn)能夠剔除結(jié)構(gòu)溫度變化和支承索健康狀態(tài)影響的、從而實現(xiàn)集中載荷變化程度的正確識別的方法，而對結(jié)構(gòu)來說，載荷變化的識別也是非常重要的。本方法在識別出受損索的同時，還能同時識別出集中載荷的變化，即本方法能夠剔除結(jié)構(gòu)溫度變化和支承索健康狀態(tài)變化的影響，實現(xiàn)集中載荷變化程度的正確識別。
[0007]也就是說，本方法實現(xiàn)了已有方法不可能具備的兩種功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:本方法公開了一種方法，實現(xiàn)了已有方法不可能具備的兩種功能，分別是，一、在結(jié)構(gòu)承受的集中載荷和結(jié)構(gòu)(環(huán)境)溫度變化時，能夠剔除集中載荷變化和結(jié)構(gòu)溫度變化對索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)識別結(jié)果的影響，從而準確地識別出支承索的健康狀態(tài)；二、本方法在識別出受損索的同時，還能同時識別出集中載荷的變化，即本方法能夠剔除結(jié)構(gòu)溫度變化和支承索健康狀態(tài)變化的影響，實現(xiàn)集中載荷變化程度的正確識別。
[0009]技術(shù)方案:本方法由三部分組成。分別是建立結(jié)構(gòu)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)和實測被監(jiān)測量的結(jié)構(gòu)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。
[0010]首先確認索結(jié)構(gòu)承受的可能發(fā)生變化的集中載荷的數(shù)量。根據(jù)索結(jié)構(gòu)所承受的集中載荷的特點，確認其中“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”，或者將所有的集中載荷視為“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”，設(shè)共有JZW個可能發(fā)生變化的集中載荷。
[0011]集中載荷分為集中力和集中力偶兩種，在坐標系中，例如在笛卡爾直角坐標系中，一個集中力可以分解成三個分量，同樣的，一個集中力偶也可以分解成三個分量，在本方法中將一個集中力分量或一個集中力偶分量稱為一個集中載荷。
[0012]設(shè)索結(jié)構(gòu)的支承索的數(shù)量和JZW個“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”的數(shù)量之和為N。為敘述方便起見，本方法統(tǒng)一稱被評估的支承索和“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”為“被評估對象”，共有N個被評估對象。給被評估對象連續(xù)編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。
[0013]設(shè)索系統(tǒng)中共有M1根支承索，結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)包括這M1根支承索的索力，顯然M1小于被評估對象的數(shù)量N。僅僅通過M1根支承索的M1個索力數(shù)據(jù)來求解未知的N個被評估對象的狀態(tài)是不可能的，本方法在監(jiān)測全部M1根支承索索力的基礎(chǔ)上，增加對不少于(N-M1)個其他被監(jiān)測量。
[0014]增加的不少于(N-M1)個的其他被監(jiān)測量仍然是索力，敘述如下:
[0015]在結(jié)構(gòu)健康檢測系統(tǒng)開始工作前，先在索結(jié)構(gòu)上人為增加M2 (M2不小于N-M1)根索，稱為傳感索，新增加的M2根傳感索的剛度同索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的剛度相比，應(yīng)當(dāng)小很多，例如小10倍，新增加的M2根傳感索的索力應(yīng)當(dāng)較小，例如其橫截面正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于其疲勞極限，這些要求可以保證新增加的M2根傳感索不會發(fā)生疲勞損傷，新增加的M2根傳感索的兩端應(yīng)當(dāng)充分錨固，保證不會出現(xiàn)松弛，新增加的M2根傳感索應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值姆栏g保護，保證新增加的M2根傳感索不會發(fā)生損傷和松弛，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中將監(jiān)測這新增加的M2根傳感索的索力。在本方法中新增加的M2根傳感索作為索結(jié)構(gòu)的一部分，后文再提到索結(jié)構(gòu)時，索結(jié)構(gòu)包括增加M2根傳感索前的索結(jié)構(gòu)和新增加的M2根傳感索，也就是說后文提到索結(jié)構(gòu)時指包括新增加的M2根傳感索的索結(jié)構(gòu)。因此后文提到按照“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”時，其中的索結(jié)構(gòu)包括新增加的M2根傳感索，得到的“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”包括新增加的M2根傳感索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，獲得新增加的M2根傳感索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的方法同于索結(jié)構(gòu)的M1根支承索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的獲得方法，在后文不再一一交代；測量得到新增加的M2根傳感索的索力的方法同于索結(jié)構(gòu)的M1根支承索的索力的測量方法，在后文不再一一交代；對索結(jié)構(gòu)的支承索進行任何測量時，同時對新增加的M2根傳感索進行同樣的測量，在后文不再一一交代；新增加的M2根傳感索除了不發(fā)生損傷和松弛外，新增加的M2根傳感索的信息量與索結(jié)構(gòu)的支承索的信息量相同，在后文不再一一交代；新增加的M2根傳感索的索力就是增加的不少于(N-M1)個的其他被監(jiān)測量。在后文建立索結(jié)構(gòu)的各種力學(xué)模型時，將新增加的M2根傳感索視同索結(jié)構(gòu)的支承索對待，除了提到支承索的損傷和松弛的場合，在其他場合提到支承索時包括新增加的M2根傳感索。
[0016]綜合上述被監(jiān)測量，整個索結(jié)構(gòu)共有M (M=MJM2)根索的M個被監(jiān)測量，M不得小于被評估對象的數(shù)量N。
[0017]為方便起見，在本方法中將“索結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的所有參量”簡稱為“被監(jiān)測量”。給M個被監(jiān)測量連續(xù)編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣。本方法用用變量j表示這一編號，j=l, 2, 3，…，Μ。
[0018]本方法的第一部分:建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法。具體如下:
[0019]1.首先確定“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”。由于索結(jié)構(gòu)的溫度可能是變化的，例如索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的表面與內(nèi)部的溫度有時可能是隨時間變化的，索結(jié)構(gòu)的表面與內(nèi)部的溫度可能是不同的，索結(jié)構(gòu)的表面與內(nèi)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(jié)構(gòu)的力學(xué)計算和監(jiān)測相當(dāng)復(fù)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(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”，具體如下:
[0020]第一步，查詢或?qū)崪y得到索結(jié)構(gòu)組成材料及索結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學(xué)參數(shù)，利用索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型。查詢索結(jié)構(gòu)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(xué)上的日出時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學(xué)計算得到所需的每一日的日出時亥IJ，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Λ?；。查詢索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的溫度關(guān)于海拔高度的最大變化率ATh,為方便敘述取ATh的單位為。C /m。在索結(jié)構(gòu)的表面上取“R個索結(jié)構(gòu)表面點”，后面將通過實測得到這R個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度計算數(shù)據(jù)”。在索結(jié)構(gòu)的表面上取“R個索結(jié)構(gòu)表面點”時，“R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所處的最低海拔到最聞海拔之間，在索結(jié)構(gòu)上均布選取不少于二個不同的海拔聞度，在每一個選取的海拔聞度處、在水平面與索結(jié)構(gòu)表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結(jié)構(gòu)表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結(jié)構(gòu)表面的交線”相交，在選取的測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結(jié)構(gòu)的向陽面外法線方向和索結(jié)構(gòu)的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構(gòu)中均布選取不少于三個點，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，其中沿與同一“水平面與索結(jié)構(gòu)表面的交線”相交的、“測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，設(shè)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(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構(gòu)中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，設(shè)HBE為H與B和E的乘積，對應(yīng)的共有HBE個“測量索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”;設(shè)BE為B和E的乘積，本方法中在每一個選取的海拔高度處共有BE個“相同海拔高度索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”。在索結(jié)構(gòu)所在地按照氣象學(xué)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(xué)測量氣溫要求的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫；在索結(jié)構(gòu)所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，該位置應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)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。
[0021]第二步，實時監(jiān)測得到上述R個索結(jié)構(gòu)表面點的R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)測量氣溫要求的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫數(shù)據(jù)；通過實時監(jiān)測得到當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列由當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所在環(huán)境的當(dāng)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ATemax ;由索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學(xué)計算得到索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫關(guān)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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Δ Tpmax ;通過實時監(jiān)測得到當(dāng)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(jié)構(gòu)表面點的索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結(jié)構(gòu)表面點就有R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每一個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由一個索結(jié)構(gòu)表面點的當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點的溫度的當(dāng)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(jié)構(gòu)表面點就有R個當(dāng)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(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學(xué)計算得到每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率，每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率也隨著時間變化。通過實時監(jiān)測得到當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海拔高度處索結(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”，記為ATtmax。
[0022]第三步，測量計算獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)的條件有六項，第一項條件是獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻介于當(dāng)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(xué)上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學(xué)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(dāng)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A(yù)Tpmax和索結(jié)構(gòu)表面最大溫差A(yù)Tsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當(dāng)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)境最大誤差不大于參考日溫差Λ?；，且參考平板最大溫差Λ Tpmax減去2攝氏度后不大于Δ Temax,且索結(jié)構(gòu)表面最大溫差Δ 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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫關(guān)于時間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度；第四項條件是在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構(gòu)表面點中的每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度；第五項條件是在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構(gòu)表面點中的每一個索結(jié)構(gòu)表面點的索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)為當(dāng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當(dāng)獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻；如果獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻的那個實際記錄數(shù)據(jù)的時刻為獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻；本方法將使用在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結(jié)構(gòu)相關(guān)健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結(jié)構(gòu)溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結(jié)構(gòu)傳熱特性，利用獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“HBE個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過常規(guī)傳熱計算得到在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布，此時索結(jié)構(gòu)的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結(jié)構(gòu)上R個索結(jié)構(gòu)表面點的計算溫度，R個索結(jié)構(gòu)表面點的計算溫度稱為R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結(jié)構(gòu)在前面選定的HBE個“測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當(dāng)R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應(yīng)相等時，且“HBE個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“HBE個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”對應(yīng)相等時，計算得到的在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“HBE個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“HBE個索結(jié)構(gòu)沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構(gòu)的表面上取“R個索結(jié)構(gòu)表面點”時，“R個索結(jié)構(gòu)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(dāng)索結(jié)構(gòu)溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當(dāng)索結(jié)構(gòu)表面上任意一點的溫度是通過“R個索結(jié)構(gòu)表面點”中與索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面上該任意點的溫度與索結(jié)構(gòu)表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ；索結(jié)構(gòu)表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結(jié)構(gòu)表面均布；“R個索結(jié)構(gòu)表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值A(chǔ)h不大于0.2°C除以Λ Th得到的數(shù)值，為方便敘述取Λ Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結(jié)構(gòu)表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“R個索結(jié)構(gòu)表面點”中不存在一個索結(jié)構(gòu)表面點，該索結(jié)構(gòu)表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)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(xué)常規(guī)計算得到索結(jié)構(gòu)所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結(jié)構(gòu)的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點”中至少有一個索結(jié)構(gòu)表面點是索結(jié)構(gòu)上全年受日照時間最充分的那些表面點中的一個點。
[0023]2.建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A。(例如有限元基準模型)和當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型(例如有限元基準模型)的方法，建立與A。對應(yīng)的被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的方法，建立與Attj對應(yīng)的被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj的方法。在本方法中K、C0、Attj和Cttj是不斷更新的。建立和更新A^C。、#。和Cttj的方法如下。被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C0的編號規(guī)則與M個被監(jiān)測量的編號規(guī)則相同。
[0024]建立初始力學(xué)計算基準模型A。時，在索結(jié)構(gòu)竣工之時，或者在建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)前，按照“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用向量T。表示，稱為初始索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量τ。的同時，也就是在獲得索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的實測計算數(shù)據(jù)。索結(jié)構(gòu)的實測計算數(shù)據(jù)首先是包括支承索的無損檢測數(shù)據(jù)在內(nèi)的能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，索結(jié)構(gòu)的實測計算數(shù)據(jù)還是包括索結(jié)構(gòu)初始幾何數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)角度測量數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)空間坐標測量數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)在內(nèi)的實測數(shù)據(jù)。索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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)。“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”的變化量在建立初始力學(xué)計算基準模型A。時全部為0，也就是說后面識別出的“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”的變化量是相對于建立初始力學(xué)計`算基準模型A。時結(jié)構(gòu)所承受的對應(yīng)集中載荷的變化量。利用支承索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”的變化量數(shù)據(jù)建立被評估對象初始損傷向量d。(如式(I)所示)，用d。表示索結(jié)構(gòu)(用初始力學(xué)計算基準模型A。表示)的被評估對象的初始健康狀態(tài)。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，或者可以認為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時，向量d。的中與支承索相關(guān)的各元素數(shù)值取O。向量d。中與集中載荷的變化量相關(guān)的各元素數(shù)值取O。利用索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和初始索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)、支承索的無損檢測數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學(xué)性能參數(shù)和初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。，利用力學(xué)方法(例如有限元法)計入“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”建立初始力學(xué)計算基準模型A。。
[0025]d0 = [dol do2...dok...doN]T (I)
[0026]式(I)中cU(k=l，2，3，…….，N)表示初始力學(xué)計算基準模型A。中的第k個被評估對象的初始狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么dok表示其初始損傷，dok為O時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于O與100%之間時表示喪失相應(yīng)比例的承載能力；如果該被評估對象是一個“可能發(fā)生變化的集中載荷”，那么dok表示其初始數(shù)值，dok為O，也就是說后面識別出的“所有可能發(fā)生變化的集中載荷”的變化量是相對于建立初始力學(xué)計算基準模型A。時結(jié)構(gòu)所承受的對應(yīng)集中載荷的變化量。上標T表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。
[0027]在實測得到T。的同時，也就是在獲得索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)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。
[0028]C0= [C01 C02...Coj...C0Jt (2)
[0029]式(2)中CtjjU=I, 2，3，…….，M)是索結(jié)構(gòu)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(yīng)于特定的第j個被監(jiān)測量。
[0030]不論用何種方法獲得初始力學(xué)計算基準模型A。，計入“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”(即初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。)、基于A。計算得到的索結(jié)構(gòu)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(yīng)變計算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)形狀計算數(shù)據(jù)和位移計算數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)角度數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)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。中被評估對象的健康狀態(tài)用被評估對象初始損傷向量d。表示，索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)用初始索結(jié)構(gòu)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(chǔ)上、進行力學(xué)計算得到的、A。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。。T。和d。是A。的參數(shù)，也可以說C。由A。的力學(xué)計算結(jié)果組成。
[0031]建立和更新當(dāng)前初始力學(xué)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(yīng)的“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”記為“當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)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。At0的被評估對象的初始健康狀態(tài)與A。的被評估對象的健康狀態(tài)相同，也用被評估對象初始損傷向量d。表示，在后面的循環(huán)過程中Attj的被評估對象的初始健康狀態(tài)始終用被評估對象初始損傷向量d。表示；索結(jié)構(gòu)處于Attj狀態(tài)時，本方法用被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Ct0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(yīng)，分別表示所有被監(jiān)測量在索結(jié)構(gòu)處于At。和A。兩種狀態(tài)時的具體數(shù)值。在初始時刻，Ct0就等于C。，Tt0和d。是At0的參數(shù)，Ct0由At0的力學(xué)計算結(jié)果組成；在索結(jié)構(gòu)服役過程中，按照“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當(dāng)前數(shù)據(jù)(稱為“當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量!"”，向量Tt的定義方式與向量T。的定義方式相同)；如果Tt等于廣，則不需要對Attj進行更新，否則需要對Attj和Tttj進行更新，更新方法是:第一步計算Tt與T。的差，Tt與T。的差就是當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關(guān)于初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化，Tt與T0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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化；第二步對A。中的索結(jié)構(gòu)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。中的索結(jié)構(gòu)施加的溫度變化后得到更新的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型#。，更新Attj的同時，I"。所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應(yīng)代替，即更新了 Tt。，這樣就得到了正確地對應(yīng)于At。的Tttj ;更新Cttj的方法是:當(dāng)更新At。后，通過力學(xué)計算得到At。中所有被監(jiān)測量的、當(dāng)前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組成C\。
[0032]索結(jié)構(gòu)中所有被監(jiān)測量的當(dāng)前值組成被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C (定義見式(3))。
[0033]C = [C1 C2...Cj...CJt (3)
[0034]式(3)中CjU=I, 2，3，.......,Μ)是索結(jié)構(gòu)中第j個被監(jiān)測量的當(dāng)前值，該分量Cj
依據(jù)編號規(guī)則與Cd對應(yīng)于同一“被監(jiān)測量”。在實測得到當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同一時刻，實測得到索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C。
[0035]3.建立和更新索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC的方法。
[0036]索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型At0和被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj的同時，更新索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣認。具體方法如下:
[0037]在索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型Attj的基礎(chǔ)上進行若干次計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于所有被評估對象的數(shù)量。每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在初始損傷(用向量d。的對應(yīng)元素表示)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷或集中載荷單位變化，具體的，如果該被評估對象是索系統(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)，如果該被評估對象是一個集中載荷，就假設(shè)該集中載荷在向量
d。表示的該集中載荷已有變化量的基礎(chǔ)上再增加集中載荷單位變化(如果該集中載荷是力偶，集中載荷單位變化可以取lkNm、2kNm、3kNm等為單位變化；如果該集中載荷是集中力，集中載荷單位變化可以取lkN、2kN、3kN等為單位變化),用Duk記錄這一單位損傷或集中載荷單位變化，其中k表示發(fā)生單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象的編號。用“被評估對象單位變化向量Du”(如式(4)所示)記錄所有的單位損傷或集中載荷單位變化。每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象，每一次計算都利用力學(xué)方法(例如有限元法)計算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計算值組成一個被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量(當(dāng)假設(shè)第k個被評估對象有單位損傷或集中載荷單位變化時，可用式(5)表示被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量Ctk);每一次計算得到被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量Ctk減去被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj后再除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或集中載荷單位變化數(shù)值Duk，所得向量就是此條件下(以有單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象的編號為標記)的被監(jiān)測量單位變化向量(當(dāng)?shù)趉個被評估對象有單位損傷或集中載荷單位變化時，用S Ck表示被監(jiān) 測量單位變化向量，定義見式(6))，被監(jiān)測量單位變化向量的每一元素表示由于計算時假定有單位損傷或集中載荷單位變化的那個被評估對象的單位損傷或集中載荷單位變化而引起的該元素所對應(yīng)的被監(jiān)測量的單位改變量；有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量單位變化向量，由于有M個被監(jiān)測量，所以每個被監(jiān)測量單位變化向量有M個元素，由這N個被監(jiān)測量單位變化向量依次組成有MXN個元素的被監(jiān)測量單位變化矩陣AC, AC的定義如式(6)所示。
[0038]Du= [Dul Du2...Duk...D1Jt (4)
[0039]式(4)中被評估對象單位變化向量Du的元素Duk (k=l, 2，3，…….，N)表示第k個被評估對象的單位損傷或集中載荷單位變化數(shù)值。
[0040]
【權(quán)利要求】
1.基于索力監(jiān)測的受損索和集中載荷識別方法，其特征在于所述方法包括: a.為敘述方便起見，本方法統(tǒng)一稱被評估的支承索和集中載荷為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和集中載荷的數(shù)量之和為N，即被評估對象的數(shù)量為N ;確定被評估對象的編號規(guī)則，按此規(guī)則將索結(jié)構(gòu)中所有的被評估對象編號，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；本方法用變量k表示這一編號，k=l, 2，3，…，N ;設(shè)索系統(tǒng)中共有M1根支承索，索結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)包括這M1根支承索的索力，顯然M1小于被評估對象的數(shù)量N ;僅僅通過M1個支承索的M1個索力數(shù)據(jù)來求解未知的N個被評估對象的狀態(tài)是不可能的，本方法在監(jiān)測全部M1根支承索索力的基礎(chǔ)上，在索結(jié)構(gòu)上人為增加M2根索，稱為傳感索，在索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程中將監(jiān)測這新增加的M2根傳感索的索力；綜合上述被監(jiān)測量，整個索結(jié)構(gòu)共有M根索的M個索力被監(jiān)測，即有M個被監(jiān)測量，其中M為M1與M2之和；M應(yīng)當(dāng)大于被評估對象的數(shù)量N ;新增加的M2根傳感索的剛度同索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的剛度相比，應(yīng)當(dāng)小得多；新增加的M2根傳感索的各傳感索的索力應(yīng)當(dāng)比索結(jié)構(gòu)的任意一根支承索的索力小得多，這樣可以保證即使這新增加的M2根傳感索出現(xiàn)了損傷或松弛，對索結(jié)構(gòu)其他構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變、變形的影響微乎其微；新增加的M2根傳感索的橫截面上正應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于其疲勞極限，這些要求可以保證新增加的M2根傳感索不會發(fā)生疲勞損傷；新增加的M2根傳感索的兩端應(yīng)當(dāng)充分錨固，保證不會出現(xiàn)松弛；新增加的M2根傳感索應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠浞值姆栏g保護，保證新增加的仏根傳感索不會發(fā)生損傷和松弛；為方便起見，在本方法中將“索結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的所有參量”簡稱為“被監(jiān)測量”;給M個被監(jiān)測量連續(xù)編號，本方法用用變量j表示這一編號，j=l，2，3，...，M，該編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣；在本方法中新增加的仏根傳感索作為索結(jié)構(gòu)的一部分，后文再提到索結(jié)構(gòu)時，索結(jié)構(gòu)包括增加M2根傳感索前的索結(jié)構(gòu)和新增加的M2根傳感索，也就是說后文提到索結(jié)構(gòu)時指包括新增加的M2根傳感索的索結(jié)構(gòu)；因此后文提到按照“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”時，其中的索結(jié)構(gòu)包括新增加的M2根傳感索，得到的“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”包括新增加的M2根傳感索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，獲得新增加的M2根傳感索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的方法同于索結(jié)構(gòu)的M1根支承索的穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的獲得方法，在后文不再一一交代；測量得到新增加的M2根傳感索的索力的方法同于索結(jié)構(gòu)的M1根支承索的索力的測量方法，在后文不再一一交代；對索結(jié)構(gòu)的支承索進行任何測量時，同時對新增加的M2根傳感索進行同樣的測量，在后文不再一一交代；新增加的仏根傳感索除了不發(fā)生損傷和松弛外，對新增加的仏根傳感索的信息量的要求和獲得方法與索結(jié)構(gòu)的支承索的信息量的要求和獲得方法相同，在后文不再--交代；在后文建立索結(jié)構(gòu)的各種力學(xué)模型時，將新增加的M2根傳感索視同索結(jié)構(gòu)的支承索對待；在后文中，除了提到支承索的損傷和松弛的場合外，當(dāng)提到支承索時所說的支承索包括索結(jié)構(gòu)的支承索和新增加的M2根傳感索；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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成材料及索結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的隨溫度變化的傳熱學(xué)參數(shù)，利用索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型；查詢索結(jié)構(gòu)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(xué)上的日出時刻，不表示當(dāng)天一定可以看見太陽，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學(xué)計算得到所需的每一日的日出時刻，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所在地和所在海拔區(qū)間不少于2年的近年來的索結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的溫度關(guān)于海拔高度的最大變化率ATh,為方便敘述取ATh的單位為。C/m;在索結(jié)構(gòu)的表面上取“R個索結(jié)構(gòu)表面點”，取“R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點的溫度，稱實測得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過傳熱計算得到這R個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度，就稱計算得到的溫度數(shù)據(jù)為“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度計算數(shù)據(jù)”；從索結(jié)構(gòu)所處的最低海拔到最高海拔之間，在索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面的交線處至少選取兩個點，從選取點處引索結(jié)構(gòu)表面的外法線，所有選取的外法線方向稱為“測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向”，測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向與“水平面與索結(jié)構(gòu)表面的交線”相交，在選取的測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向中必須包括索結(jié)構(gòu)的向陽面外法線方向和索結(jié)構(gòu)的背陰面外法線方向，沿每一個測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構(gòu)中均布選取不少于三個點，測量所有被選取點的溫度，測得的溫度稱為“索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，其中沿與同一“水平面與索結(jié)構(gòu)表面的交線”相交的、“測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向”測量獲得的“索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”，設(shè)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(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向，沿每個測量索結(jié)構(gòu)沿壁厚的溫度分布的方向在索結(jié)構(gòu)中選取了 E個點，其中H和E都不小于3，B不小于2，設(shè)HBE為H與B和E的乘積，對應(yīng)的共有HBE個“測量索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”，后面將通過實測得到這HBE個“測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，如果是利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過傳熱計算得到這HBE個測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”；設(shè)BE為B和E的乘積，本方法中在每一個選取的海拔高度處共有BE個“相同海拔高度索結(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構(gòu)所在地按照氣象學(xué)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(xué)測量氣溫要求的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫；在索結(jié)構(gòu)所在地的空曠無遮擋處選取一個位置，該位置應(yīng)當(dāng)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1.5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(yīng)當(dāng)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(jié)構(gòu)表面點的R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)測量氣溫要求的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫數(shù)據(jù)；通過實時監(jiān)測得到當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列，索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列由當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所在環(huán)境的當(dāng)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ATemax ；由索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學(xué)計算得到索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫關(guān)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)表面點的索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，有R個索結(jié)構(gòu)表面點就有R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列，每一個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由一個索結(jié)構(gòu)表面點的當(dāng)日日出時刻到次日日出時刻后30分鐘之間的索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點的溫度的當(dāng)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(jié)構(gòu)表面點就有R個當(dāng)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(jié)構(gòu)表面最大溫差，記為;由每一索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)序列通過常規(guī)數(shù)學(xué)計算得到每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率，每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率也隨著時間變化；通過實時監(jiān)測得到當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”，稱這H個“相同海拔高度處索結(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”中的最大值為“索結(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差”，記為Δ Ttmax ; b3:測量計算獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)；首先，確定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，與決定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)的條件有六項，第一項條件是獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻介于當(dāng)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(xué)上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規(guī)氣象學(xué)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(dāng)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Λ Tpmax和索結(jié)構(gòu)表面最大溫差A(yù)Tsmax都不大于5攝氏度；第二項條件的b條件是在當(dāng)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Λ Traiax不大于參考日溫差Λ ?；，且參考平板最大溫差A(yù)Tpmax減去2攝氏度后不大于Λ Temax，且索結(jié)構(gòu)表面最大溫差A(yù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，索結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的氣溫關(guān)于時間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度；第四項條件是在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構(gòu)表面點中的每一個索結(jié)構(gòu)表面點的溫度關(guān)于時間的變化率的絕對值不大于每小時0.1攝氏度；第五項條件是在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，R個索結(jié)構(gòu)表面點中的每一個索結(jié)構(gòu)表面點的索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)為當(dāng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻，“索結(jié)構(gòu)厚度方向最大溫差” Λ Ttmax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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻相關(guān)的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當(dāng)獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻就是獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻；如果獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)時刻的那個實際記錄數(shù)據(jù)的時刻為獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻；本方法將使用在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻測量記錄的量進行索結(jié)構(gòu)相關(guān)健康監(jiān)測分析；本方法近似認為獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)溫度場處于穩(wěn)態(tài)，即此時刻的索結(jié)構(gòu)溫度不隨時間變化，此時刻就是本方法的“獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻”;然后，根據(jù)索結(jié)構(gòu)傳熱特性，利用獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”和“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”，利用索結(jié)構(gòu)的傳熱學(xué)計算模型，通過常規(guī)傳熱計算得到在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布，此時索結(jié)構(gòu)的溫度場按穩(wěn)態(tài)進行計算，計算得到的在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布數(shù)據(jù)包括索結(jié)構(gòu)上R個索結(jié)構(gòu)表面點的計算溫度，R個索結(jié)構(gòu)表面點的計算溫度稱為R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)，還包括索結(jié)構(gòu)在前面選定的HBE個“測量索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)沿厚度的溫度分布數(shù)據(jù)的點”的計算溫度稱為“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”，當(dāng)R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)與R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度計算數(shù)據(jù)對應(yīng)相等時，且“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”與“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度計算數(shù)據(jù)”對應(yīng)相等時，計算得到的在獲得索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的時刻的索結(jié)構(gòu)的溫度分布數(shù)據(jù)在本方法中稱為“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，此時的“R個索結(jié)構(gòu)表面溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“R個索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)表面溫度實測數(shù)據(jù)”，“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度溫度實測數(shù)據(jù)”稱為“ΗΒΕ個索結(jié)構(gòu)沿厚度穩(wěn)態(tài)溫度實測數(shù)據(jù)”;在索結(jié)構(gòu)的表面上取“R個索結(jié)構(gòu)表面點”時，“R個索結(jié)構(gòu)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(dāng)索結(jié)構(gòu)溫度場處于穩(wěn)態(tài)時，當(dāng)索結(jié)構(gòu)表面上任意一點的溫度是通過“R個索結(jié)構(gòu)表面點”中與索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面上該任意點的溫度與索結(jié)構(gòu)表面上該任意點的實際溫度的誤差不大于5% ;索結(jié)構(gòu)表面包括支承索表面；第二個條件是“R個索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點”中在同一海拔高度的點沿著索結(jié)構(gòu)表面均布；“R個索結(jié)構(gòu)表面點”沿海拔高度的所有兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)表面點的海拔高度之差的絕對值中的最大值Λ h不大于0.2°C除以Λ Th得到的數(shù)值，為方便敘述取Λ Th的單位為。C/m，為方便敘述取Ah的單位為m ;“R個索結(jié)構(gòu)表面點”沿海拔高度的兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)表面點的定義是指只考慮海拔高度時，在“R個索結(jié)構(gòu)表面點”中不存在一個索結(jié)構(gòu)表面點，該索結(jié)構(gòu)表面點的海拔高度數(shù)值介于兩兩相鄰索結(jié)構(gòu)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(xué)常規(guī)計算得到索結(jié)構(gòu)所在地和所在海拔區(qū)間的日照規(guī)律，再根據(jù)索結(jié)構(gòu)的幾何特征及方位數(shù)據(jù)，在索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)表面點”中至少有一個索結(jié)構(gòu)表面點是索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，初始狀態(tài)下的索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)稱為初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，記為“初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T?！?；實測或查資料得到索結(jié)構(gòu)所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學(xué)性能參數(shù)；在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，初始索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)是包括索結(jié)構(gòu)集中載荷測量數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)分布載荷測量數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)體積載荷測量數(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(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)支座廣義坐標數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)角度數(shù)據(jù)、初始索結(jié)構(gòu)空間坐標數(shù)據(jù)在內(nèi)的實測數(shù)據(jù)，在得到初始索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)的同時，測量計算得到包括支承索的無損檢測數(shù)據(jù)在內(nèi)的能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)，此時的能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)稱為支承索初始健康狀態(tài)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。，被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的編號規(guī)則與M個被監(jiān)測量的編號規(guī)則相同；利用支承索初始健康狀態(tài)數(shù)據(jù)以及索結(jié)構(gòu)集中載荷測量數(shù)據(jù)建立被評估對象初始損傷向量d。，向量d。表示用初始力學(xué)計算基準模型A。表示的索結(jié)構(gòu)的被評估對象的初始健康狀態(tài)；被評估對象初始損傷向量d。的元素個數(shù)等于N，d。的元素與被評估對象是 對應(yīng)關(guān)系，向量d。的兀素的編號規(guī)則與被評估對象的編號規(guī)則相同；如果d。的某一個元素對應(yīng)的被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么d。的該元素的數(shù)值代表對應(yīng)支承索的初始損傷程度，若該元素的數(shù)值為O，表示該元素所對應(yīng)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(yīng)的支承索已經(jīng)完全喪失承載能力，若其數(shù)值介于O和100%之間，則表示該支承索喪失了相應(yīng)比例的承載能力；如果d。的某一個元素對應(yīng)的被評估對象是某一個集中載荷，本方法中取d。的該元素數(shù)值為0，代表這個集中載荷的變化的初始數(shù)值為O ;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，或者可以認為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時，向量d。中與支承索相關(guān)的各元素數(shù)值取O ; d.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和初始索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)、支承索初始健康狀態(tài)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)集中載荷測量數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)分布載荷測量數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)體積載荷測量數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)所使用的各種材料的隨溫度變化的物理和力學(xué)性能參數(shù)、初始索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，建立計入“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A。，基于A。計算得到的索結(jié)構(gòu)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(yīng)于A。的“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”就是“初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T?！?;對應(yīng)于A。的被評估對象健康狀態(tài)用被評估對象初始損傷向量d。表示；對應(yīng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型At。、被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj和“當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量?"。” ;第一次建立索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型Y。和被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj時，索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型Attj就等于索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準模型A。，被監(jiān)測量當(dāng)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。^t0對應(yīng)的“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”稱為“當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量?"?！保谝淮谓⑺鹘Y(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型At0時，Tt0就等于T。-X0的被評估對象的初始健康狀態(tài)與A。的被評估對象的健康狀態(tài)相同，也用被評估對象初始損傷向量d。表示，在后面的循環(huán)過程中Attj的被評估對象的初始健康狀態(tài)始終用被評估對象初始損傷向量d。表示；T。和d。是Α。的參數(shù)，由A。的力學(xué)計算結(jié)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(xué)計算結(jié)果組成；1"。和d。是Attj的參數(shù)，Ct0由Attj的力學(xué)計算結(jié)果組成； e.從這里進入由第e步到第m步的循環(huán)；在結(jié)構(gòu)服役過程中，不斷按照“本方法的索結(jié)構(gòu)的溫度測量計算方法”不斷實測計算獲得“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當(dāng)前數(shù)據(jù)，“索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當(dāng)前數(shù)據(jù)稱為“當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當(dāng)前索結(jié)構(gòu)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(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同時，對新增加的M2根傳感索進行無損檢測，從中鑒別出出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索，依據(jù)被監(jiān)測量編號規(guī)則，從本方法之前出現(xiàn)的按照被監(jiān)測量編號規(guī)則編號的各向量中去除與鑒別出的出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索對應(yīng)的元素，在本方法之后出現(xiàn)的各向量和矩陣中也不再出現(xiàn)與鑒別出的出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索對應(yīng)的元素，在本方法之后提到傳感索時不再包括這里被鑒別出出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索，在本方法之后提到被監(jiān)測量時不再包括這里被鑒別出出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索的索力；從索結(jié)構(gòu)上鑒別出幾根出現(xiàn)損傷或松弛的傳感索，就將M2和M減小同樣的數(shù)量； f.根據(jù)當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt,按照步驟fl至f3更新當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型#。、被監(jiān)測量當(dāng)前 初始數(shù)值向量Cttj和當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tttj ； fl.比較Tt與Tt0,如果Tt等于浐。，則Y。、Ct0和Tttj保持不變；否則需要按下列步驟對At0和Tttj進行更新； f2.計算Tt與T。的差，Tt與T。的差就是當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關(guān)于初始索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化； f3.對A。中的索結(jié)構(gòu)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。中的索結(jié)構(gòu)施加的溫度變化后得到更新的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型#。，更新Y。的同時，I"。所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應(yīng)代替，即更新了 1"。，這樣就得到了正確地對應(yīng)于Attj的Tttj ;更新Cttj的方法是:當(dāng)更新Attj后，通過力學(xué)計算得到Attj中所有被監(jiān)測量的、當(dāng)前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組成Ct0 -X0的支承索的初始健康狀態(tài)始終用被評估對象初始損傷向量d。表示； g.在當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型Attj的基礎(chǔ)上按照步驟gl至g4進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣Λ C和被評估對象單位變化向量Du ； gl.索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△ C是不斷更新的，即在更新當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型AV被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj和當(dāng)前初始索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt0之后，必須接著更新索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△ C和被評估對象單位變化向量Du ； g2.在索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前初始力學(xué)計算基準模型Attj的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于所有被評估對象的數(shù)量N，有N個評估對象就有N次計算；依據(jù)被評估對象的編號規(guī)則，依次進行計算；每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原有損傷或集中載荷的基礎(chǔ)上再增加單位損傷或集中載荷單位變化，具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設(shè)該支承索在向量d。表示的該支承索已有損傷的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個集中載荷，就假設(shè)該集中載荷在向量d。表示的該集中載荷已有變化量的基礎(chǔ)上再增加集中載荷單位變化，用Duk記錄這一增加的單位損傷或集中載荷單位變化，其中k表示增加單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象的編號，Duk是被評估對象單位變化向量Du的一個元素，被評估對象單位變化向量Du的元素的編號規(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同；每一次計算中增加單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象不同于其它次計算中增加單位損傷或集中載荷單位變化的被評估對象，每一次計算都利用力學(xué)方法計算索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前計算值組成一個被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量，被監(jiān)測量計算當(dāng)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(dāng)前向量減去被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量Cttj得到一個向量，再將該向量的每一個元素都除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或集中載荷單位變化數(shù)值，得到一個被監(jiān)測量單位變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量單位變化向量; g4.由這N個被監(jiān)測量單位變化向量按照N個被評估對象的編號規(guī)則，依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△ C ;索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC的每一列對應(yīng) 于一個被監(jiān)測量單位變化向量；索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣ΔC的每一行對應(yīng)于同一個被監(jiān)測量在不同被評估對象增加單位損傷或集中載荷單位變化時的不同的單位變化幅度；索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△ C的列的編號規(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同，索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣AC的行的編號規(guī)則與M個被監(jiān)測量的編號規(guī)則相同； h.在實測得到當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同時，實測得到在獲得當(dāng)前索結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的時刻的同一時刻的索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C ;被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C和被監(jiān)測量當(dāng)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.定義被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d，被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的名義損傷程度或名義集中載荷變化量；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(dāng)前數(shù)值向量C同被監(jiān)測量當(dāng)前初始數(shù)值向量ct。、索結(jié)構(gòu)單位損傷被監(jiān)測量數(shù)值變化矩陣△(:和待求的被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d間存在的近似線性關(guān)系，該近似線性關(guān)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就可以算出被評估對象當(dāng)前名義損傷向量d;
【文檔編號】G01L5/00GK103616224SQ201310662184
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】韓玉林, 韓佳邑 申請人:東南大學(xué)