專利名稱：溫度變化時基于應變監(jiān)測的松弛索逼近式識別方法
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，本方法基于應變監(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)中的受損索和需調整索力的支承索(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(特別是大型索結構，例如大型斜拉橋、懸索橋)的關鍵組成部分，由于松弛等原因，新結構竣工一段時間后支承索的索力通常會發(fā)生變化，結構長期服役后其支承索的松弛也會引起支承索索力的變化，這些變化都將引起結構內力的變化，對結構的安全造成不良影響，嚴重時將會引起結構的失效，因此準確及時地識別需調整索力的支承索是非常必要的。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，例如索結構的變形或應變會發(fā)生變化，實際上應變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應變數(shù)據(jù)判斷結構的健康狀態(tài)，可以基于應變監(jiān)測(本方法將被監(jiān)測的應變稱為“被監(jiān)測量”，后面提到“被監(jiān)測量”就是指被監(jiān)測的應變)來識別受損索(本方法也稱之為有健康問題的支承索，指支承索受損、松弛或兼而有之)。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)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，公開了一種基于應變監(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。依據(jù)支承索的索力變化的原因，可將支承索的索力變化分為兩種情況一是支承索受到了損傷，例如支承索出現(xiàn)了局部裂紋和銹蝕等等；二是支承索并無損傷，但索力也發(fā)生了變化，出現(xiàn)這種變化的主要原因之一是支承索自由狀態(tài)(此時索張力也稱索力為O)下的索長度(稱為自由長度，本方法專指支承索兩支承端點間的那段索的自由長度)發(fā)生了變化。本方法的主要目的之一就是要識別出自由長度發(fā)生了變化的支承索，并識別出它們的自由長度的改變量，此改變量為該索的索力調整提供了直接依據(jù)。支承索自由長度發(fā)生變化的原因不是單一的，為了方便，本方法將自由長度發(fā)生變化的支承索統(tǒng)稱為松弛索。在本方法中用索系統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)指松弛索識別系統(tǒng)，用索系統(tǒng)健康評估方法指松弛索識別方法，或者說在本方法在“健康監(jiān)測”通?？捎谩八沙谒髯R別”替代。
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應變監(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)和實測應變(或變形)及實測索結構溫度的溫度變化時基于應變監(jiān)測的松弛索逼近式識別方法；三、健康監(jiān)測系統(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ATh,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Δ Tpmax ;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，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,且索結構表面最大溫差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O. 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O. 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應變監(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)和實測應變(或變形)及實測索結構溫度的溫度變化時基于應變監(jiān)測的松弛索逼近式識別方法?？砂慈缦虏襟E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)測的應變數(shù)據(jù)”可由結構上K個指定點的、及每個指定點的L個指定方向的應變來描述，結構應變數(shù)據(jù)的變化就是K個指定點的所有應變的變化。每次共有M (M = KXL)個應變測量值或計算值來表征結構應變信息。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)測的應變數(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“應變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。。(I0= [dol do2 · · · doJ · · · dJT (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O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O與100%之間時表示第j根索喪失相應比例的承載能力，T表示向量的轉置(后同)。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A。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- -Cok. -C0Jt (2)式(2)中C；k(k=l，2，3，....，M)是索結構中第k個被監(jiān)測量。向量C。是由M個被監(jiān)測量依據(jù)一定順序排列而成，對此排列順序并無特殊要求，只要求后面所有相關向量也按此順序排列數(shù)據(jù)即可。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。和d。是A0的參數(shù)，C。由A。的力學計算結果組成。第二步循環(huán)開始。每一次循環(huán)開始時，首先需要建立或已建立本次循環(huán)開始時的索系統(tǒng)當前初始損傷向量f。(i = 1，2，3，…)、建立索結構的當前初始力學計算基準模型Ai0 (例如有限元基準模型，在每一次循環(huán)中Ai0是不斷更新的)，(的溫度分布用“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量TiJ表達。字母i除了明顯地表示步驟編號的地方外，在本方法中字母i僅表示循環(huán)次數(shù)，即第i次循環(huán)。A。和Ai0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)開始時需要的索系統(tǒng)當前初始損傷向量記為f。(如式(3)所示)，用屮。表示該次循環(huán)開始時索結構(用當前初始力學計算基準模型Aitj表示)的索系統(tǒng)的健康狀態(tài)。<=[<! <2 d0i d ,J(3)式(3)中d、(i = I, 2，3，…；j=l，2，3，.......，N)表示第i次循環(huán)開始時、當前
初始力學計算基準模型A10中的索系統(tǒng)的第j根索的初始損傷值，Clioj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。建立和更新Clitj的方法如下第一次循環(huán)開始時、建立索系統(tǒng)當前初始損傷向量(依據(jù)式(3)記為d1。)時，d1。就等于d。。第i (i=2, 3，4，5，6*“)次循環(huán)開始時需要的索系統(tǒng)當前初始損傷向量d1。,是在前一次(即第i_l次，i = 2，3，4，5，6…)循環(huán)結束前計算獲得的，具體方法在后文敘述。第i(i = 1，2，3，4，5，6…)次循環(huán)開始時需要建立的力學計算基準模型或已建立的索結構的力學計算基準模型記為當前初始力學計算基準模型A1。。對應于Aitj的“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”用向量!^。表示，稱為當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量f。。向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同，每一次循環(huán)開始時必須建立或已建立稱為當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量疒。。
建立、更新Ai0和Titj的方法如下第一次循環(huán)開始時建立的索結構的力學計算基準模型記為A^A1。等于A。，!11。等于T00在每一次循環(huán)中Aitj和Titj是不斷更新的，具體方法在后文敘述；在每一次循環(huán)結束時，更新Ai0和Titj得到下一次循環(huán)開始時所需的索結構的力學計算基準模型，具體方法在后文敘述。本方法用“被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C1。” (i = 1，2，3，···)表示第i次(i =1，2，3，4，5，6···)循環(huán)開始時所有指定的被監(jiān)測量的初始值(參見式(4))，(^。的也可以稱為“第i次循環(huán)被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量”。
權利要求
1.一種溫度變化時基于應變監(jiān)測的松弛索逼近式識別方法，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；確定指定的被監(jiān)測點，被監(jiān)測點即表征索結構應變信息的所有指定點，并給所有指定點編號；確定被監(jiān)測點的被監(jiān)測的應變方向，并給所有指定的被監(jiān)測應變編號；“被監(jiān)測應變編號”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)測的應變數(shù)據(jù)”由上述所有被監(jiān)測應變組成；本方法將“索結構的被監(jiān)測的應變數(shù)據(jù)”簡稱為“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； b I :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ATh,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ATemax ；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;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，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 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)；在實測得到初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。的同一時刻，直接測量計算得到所有支承索的初始索力，組成初始索力向量F。；依據(jù)索結構設計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有支承索在自由狀態(tài)即索力為O時的長度、在自由狀態(tài)時的橫截面面積和在自由狀態(tài)時的單位長度的重量，以及獲得這三種數(shù)據(jù)時所有支承索的溫度，在此基礎上利用所有支承索的隨溫度變化的物理性能參數(shù)和力學性能參數(shù)，按照常規(guī)物理計算得到所有支承索在初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。條件下的索力為O時所有支承索的長度、索力為O時所有支承索的橫截面面積以及索力為O時所有支承索的單位長度的重量，依次組成支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量，支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量的元素 的編號規(guī)則與初始索力向量F。的元素的編號規(guī)則相同；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--對應關系，索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素數(shù)值不小于O、不大 于100%，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、沒有問題的，若其數(shù)值為100%，則表示該元素所對應的支承索完全喪失了承載能力，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 ;若d。的某一元素的數(shù)值不為0,則表示該元素所對應的支承索是有問題的,在本方法中該支承索可能是受損也可能是松弛，當該支承索是受損時，該元素數(shù)值表示其對應的支承索的損傷程度，若該支承索是松弛時，該元素數(shù)值表示其對應的支承索的初始等效損傷程度；索系統(tǒng)初始損傷向量d。的元素的編號規(guī)則與初始索力向量F。的元素的編號規(guī)則相同； 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；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，在本方法中A。、C。、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；Ti0和必是Aitj的特性參數(shù)，C、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S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；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti的同一時刻，實測得到索結構中所有支承索的索力數(shù)據(jù)，所有這些索力數(shù)據(jù)組成當前索力向量F，向量F的元素與向量F。的元素的編號規(guī)則相同；在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti的同一時刻，實測計算得到所有支承索的兩個支承端點的空間坐標，兩個支承端點的空間坐標在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距離，所有支承索的兩個支承端點水平距離數(shù)據(jù)組成當前支承索兩支承端點水平距離向量，當前支承索兩支承端點水平距離向量的元素的編號規(guī)則與初始索力向量F。的元素的編號規(guī)則相同；在實測得到向量疒的同時，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C1。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δ 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“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; c =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； < =1-(1-4)(1-4)式 2 式2中j=l，2，3，…….，N,當前實際損傷向量Cli的第j個元素Clij的數(shù)值為O時表示第j根支承索無健康問題，Clij數(shù)值不為O時表示第j根支承索是有健康問題的支承索，有健康問題的支承索可能是松弛索、也可能是受損索，其數(shù)值反應了松弛或損傷的程度；索系統(tǒng)當前實際損傷向量Cli的元素數(shù)值不小于O、不大于100%，索系統(tǒng)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，若索系統(tǒng)當前實際損傷向量Cli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、無健康問題的,若其數(shù)值為100%,則表示該元素所對應的支承索完全喪失了承載能力，若其數(shù)值介于O和100%之間，則表示該元素所對應的支承索是有健康問題的，在本方法中該支承索的健康問題可能是受損了也可能是松弛了，當該支承索是受損時，該元素數(shù)值表示其對應的支承索的損傷程度，若該支承索是松弛時，該元素數(shù)值表示其對應的支承索的與其松弛程度力學等效的當前實際等效損傷程度； I.從第k步中識別出的有問題的支承索中鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；m.利用在當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti條件下的在第k步獲得的索系統(tǒng)當前實際損傷向量Cli得到松弛索的與其松弛程度力學等效的當前實際等效損傷程度，利用在第f步獲得的在當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti條件下的當前索力向量F和當前支承索兩支承端點水平距離向量，利用在第c步獲得的在初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。條件下的支承索的初始自由長度向量、初始自由橫截面面積向量和初始自由單位長度的重量向量，利用當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Ti表示的支承索當前穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，利用在第C步獲得的在初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量T。表示的支承索初始穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)，利用在第c步獲得的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)，計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數(shù)的影響，通過將松弛索同受損索進行力學等效來計算松弛索的、與當前實際等效損傷程度等效的松弛程度，等效的力學條件是一、兩等效的索的無松弛和無損傷時的初始自由長度、幾何特性參數(shù)、密度及材料的力學特性參數(shù)相同；二、松弛或損傷后，兩等效的松弛索和損傷索的索力和變形后的總長相同；滿足上述兩個等效條件時，這樣的兩根支承索在索結構中的力學功能就是完全相同的，即如果用等效的松弛索代替受損索后，索結構不會發(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)前述力學等效條件求得那些被判定為松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自由長度的改變量，也就是確定了那些需調整索力的支承索的索長調整量；這樣就實現(xiàn)了支承索的松弛識別和損傷識別；計算時所需索力由當前索力向量F對應元素給出； η.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；
全文摘要
溫度變化時基于應變監(jiān)測的松弛索逼近式識別方法基于應變監(jiān)測，通過監(jiān)測索結構溫度、環(huán)境溫度和支承索健康程度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型。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識別出虛擬受損索，在使用無損檢測等方法從中鑒別出真實受損索后，剩下的虛擬受損索就是松弛的支承索，依據(jù)力學等效關系就可確定松弛的支承索的需調整的索長。
文檔編號G01B21/32GK102706618SQ20121017182
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)明者王芳, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學