專利名稱：：一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，基于角度監(jiān)測來識別支座位移、識別索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)中的受損索、識別需調(diào)整索力的支承索，并給出具體的索長調(diào)整量，屬工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：支座位移對索結(jié)構(gòu)安全是一項重大威脅，同樣的，索系統(tǒng)的損傷和松弛也將對結(jié)構(gòu)的安全造成不良影響，嚴(yán)重時將會引起結(jié)構(gòu)的失效，因此準(zhǔn)確及時地識別支座位移、受損索和松弛索(即需調(diào)整索力的支承索)是非常必要的。索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)支座位移、受損索和松弛索后會引起結(jié)構(gòu)的可測量參數(shù)的變化，例如會引起過索結(jié)構(gòu)的每一點的任意假想直線的角度坐標(biāo)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(biāo)的變化，或者結(jié)構(gòu)表面任意一點的法線的角度坐標(biāo)的變化)，實際上結(jié)構(gòu)角度的變化包含了索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)信息，也就是說可以利用結(jié)構(gòu)角度數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，可以基于角度監(jiān)測(本發(fā)明將被監(jiān)測的角度稱為"被監(jiān)測量"，后面提到"被監(jiān)測量"就是指被監(jiān)測的角度)來識別支座位移、受損索和松弛索。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明公開了一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，能夠合理有效地識別支座位移、受損索和松弛索的健康監(jiān)測。技術(shù)方案斜拉橋、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，為方便起見本發(fā)明將該類結(jié)構(gòu)表述為"索結(jié)構(gòu)"。在索結(jié)構(gòu)的服役過程中，索結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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)會受損，同時索結(jié)構(gòu)的支座也可能出現(xiàn)位移，這些變化對索結(jié)構(gòu)的安全是一種威脅，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三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0)下的索長度(稱為自由長度，本發(fā)明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；三是支承索并無損傷，但索結(jié)構(gòu)支座有了位移(其中在重力方向的分量就被稱為沉降)，也會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，當(dāng)然也就會引起索力的變化。為了方便，本發(fā)明將自由長度發(fā)生變化的支承索統(tǒng)稱為松弛索。本發(fā)明由兩大部分組成。分別是一、建立用于識別支座位移、受損索和松弛索的健康監(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)、基于被監(jiān)測量等量的監(jiān)測的、識別索結(jié)構(gòu)的支座位移、受損索和松弛索的方法。二、健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。5設(shè)索的數(shù)量和支座位移分量的數(shù)量之和為N。為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評估的索和支座位移為"被評估對象"，給被評估對象連續(xù)編號，本發(fā)明用用變量i表示這一編號，i=1，2，3，...，N，因此可以說有N個被評估對象。本發(fā)明的第一部分建立用于識別索結(jié)構(gòu)支座位移、受損索和松弛索的健康監(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)、基于實測索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)的、基于被監(jiān)測量等量的監(jiān)測的、識別索結(jié)構(gòu)的支座位移、受損索和松弛索的方法。可按如下方法進行，以獲得更準(zhǔn)確的索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)評估。第一步首先建立索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量d。、建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。(例如有限元基準(zhǔn)模型，在本發(fā)明中A。是不變的)。索結(jié)構(gòu)"初始健康狀態(tài)向量記為d。"(如式(1)所示)，用d。表示索結(jié)構(gòu)(用索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。表示)的健康狀態(tài)。d。=[dold。2…d。i…d。N]T(1)式(1)中d。i(i=1，2，3，.......，N)表示A。中的索結(jié)構(gòu)的第i個被評估對象的初始健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么d。i表示其初始損傷，d。i為0時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示喪失相應(yīng)比例的承載能力，如果經(jīng)無損檢測查明該索沒有損傷，那么d。i表示該索與d。i損傷值力學(xué)等效的松弛，具體松弛量的計算方法在后面說明；如果該被評估對象是一個支座的一個位移分量，那么d。i表示其初始位移數(shù)值。式(1)中T表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。建立索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量(依據(jù)式(1)記為d。)時，利用索結(jié)構(gòu)完工之時或健康監(jiān)測系統(tǒng)開始工作之時的索結(jié)構(gòu)的支座坐標(biāo)的實測數(shù)據(jù)和設(shè)計圖、竣工圖確定索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量d。的對應(yīng)于支座位移的各元素數(shù)值；利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)確定索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量d。的對應(yīng)于索的各元素數(shù)值；如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達索的健康狀態(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。的對應(yīng)于索的各元素數(shù)值取0。建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。(例如有限元基準(zhǔn)模型)的方法如下建立A。時，根據(jù)索結(jié)構(gòu)完工之時的索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實測數(shù)據(jù)，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、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))和設(shè)計圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立A。；如果沒有索結(jié)構(gòu)完工之時的結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，那么就在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)前對結(jié)構(gòu)進行實測，得到索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)(包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)等實測數(shù)據(jù)，對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)數(shù)據(jù)、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))，根據(jù)此數(shù)據(jù)和索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖，利用力學(xué)方法(例如有限元法)建立A。。不論用何種方法獲得A。，基于A。計算得到的索結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)(對斜拉橋、懸索橋而言是橋的橋型數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、橋的模態(tài)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應(yīng)變計算數(shù)據(jù)、索力計算數(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)等，可靠地接近所模擬情況真實發(fā)生時的實測數(shù)據(jù)。"結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)"由結(jié)構(gòu)上K個指定點的、過每個指定點的L個指定直線的、每個指定直線的H個角度坐標(biāo)分量來描述，結(jié)構(gòu)角度的變化就是所有指定點的、所有指定直線的所有指定的角度坐標(biāo)分量的變化。每次共有M(M二KXLXH)個角度坐標(biāo)分量測量值或計算值來表征結(jié)構(gòu)的角度信息。K和M不得小于N。為方便起見，在本發(fā)明中將"結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的角度數(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"被監(jiān)測的角度的某某矩陣或某某本發(fā)明中用被監(jiān)測量初始向量C。表示索結(jié)構(gòu)的所有被監(jiān)測量的初始值組成的向量(見式(2))。要求在獲得A。的同時獲得C。。因在前述條件下，基于索結(jié)構(gòu)的計算基準(zhǔn)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。C。=[ColC。2…Cij…C。M]T(2)式(2)中C。j(j=1，2，3，.......，M;M>N)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。T表示向量的轉(zhuǎn)置(后同)。本發(fā)明中用被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C是由索結(jié)構(gòu)中所有被監(jiān)測量的當(dāng)前值組成的向量(定義見式(3))。C=C2...(V..CM]T(3)式(3)中Cj(j=1，2，3，.......，M;M>N)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C。j對應(yīng)于同一"被監(jiān)測量"。第二步建立索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的方法。在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進行若干次計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于N。每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原健康狀態(tài)(用索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量d。表示)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移(本發(fā)明稱為健康狀態(tài)有單位變化，或簡稱有單位變化)，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)該支承索增加單位損傷(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支座的一個方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向增加發(fā)生單位位移(例如10mm，20mm，30mm等為單位位移)，用Dui記錄這一單位損傷或單位位移，其中i表示假設(shè)增加發(fā)生單位損傷或單位位移的被評估對象的編號。用"單位損傷或單位位移向量Du"(如式(4)所示)記錄所有的單位損傷或單位位移。每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象，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i個被監(jiān)測量有單位損傷或單位位移時，可用式(5)表示被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量C。；每一次計算得到被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量減去被監(jiān)測量初始向量后再除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，所得向量就是此條件下(以有單位損傷或單位位移的被評估對象的編號為標(biāo)記)的被監(jiān)測量變化向量(當(dāng)?shù)趇個被評估對象有單位損傷或單位位移時，用SQ表示被監(jiān)測量變化向量，定義見式(6)，式(6)為式(5)減去式(2)所得)，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或單位位移的那個被評估對象的單位變化而引起的該元素所對應(yīng)的被監(jiān)測量的改變量；有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量變化向量，由于有M個被監(jiān)測量，所以每個被監(jiān)測量變化向量有M個元素，由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有MXN個元素的被監(jiān)測量單位變化矩陣AC，AC的定義如式(7)所示。Du=[DulD^…Du廣.D虛]t(4)式(4)中單位損傷或單位位移向量Du的元素Dui(i=1，2，3，.......，N)表示第i個被評估對象的單位損傷或單位位移數(shù)值，向同。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>式(5)中元素Dt/(i=1，2，3，.......，N;j=1，2，3，.......，M;M>N)表示由于第i個被評估對象有單位損傷或單位位移時，依據(jù)編號規(guī)則所對應(yīng)的第j個被監(jiān)測量的當(dāng)前計算量。Du中的各元素的數(shù)值可以相同也可以不(5)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式(7)中ACw(i=1，2，3，.......，N;j=1，2，3，.......，M;M>N)表示僅由于第i個被評估對象有單位變化(單位損傷或單位位移)而引起的、依據(jù)編號規(guī)則所對應(yīng)的第j個被監(jiān)測量的計算當(dāng)前數(shù)值的變化(代數(shù)值)。被監(jiān)測量變化向量S&實際上是矩陣AC中的一列，AC也可以用SCi定義，如式(8)中。AC=[SdSC2...SC廣.SCN](8)式(8)中向量SCi(i=l，2，3，.......，N)表示由于第i個被評估對象有單位變化Dui而引起的、所有被監(jiān)測量的相對數(shù)值變化。矩陣AC的列(下標(biāo)i)的編號規(guī)則與前面向量d。的元素的下標(biāo)i的編號規(guī)則相同。第三步在索結(jié)構(gòu)服役過程中，不斷實測獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)據(jù)，組成索結(jié)構(gòu)"被監(jiān)測量的當(dāng)前(計算或?qū)崪y)數(shù)值向量C"。第四步識別索結(jié)構(gòu)的當(dāng)前健康狀態(tài)(識別支座位移、受損索和松弛索)。具體過程如下。被監(jiān)測量當(dāng)前數(shù)值向量C(計算或?qū)崪y)同被監(jiān)測量初始向量C。、被監(jiān)測量單位變化矩陣AC和被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d間的近似線性關(guān)系，如式(9)或式(10)所示。C=C0+ACdc(9)C-C0=ACdc(10)式(9)和式(10)中被監(jiān)測量的當(dāng)前(計算或?qū)崪y)數(shù)值向量C的定義類似于被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。的定義，見式(11);索結(jié)構(gòu)"被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。"的定義見式(12)。c=[CiC2…Cj…Cm]t式(11)中元素C,.(j=1，2，3，,(11)，M;M>N)是索結(jié)構(gòu)的、依據(jù)編號規(guī)則所對應(yīng)的編號為j的被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式(12)中cU(i=1，2，3，.......，N)是索結(jié)構(gòu)第i個被評估對象的當(dāng)前健康狀態(tài)。向量d。的元素的下標(biāo)i的編號規(guī)則與矩陣AC的列的編號規(guī)則相同。當(dāng)索實際損傷不太大時，由于索結(jié)構(gòu)材料仍然處在線彈性階段，索結(jié)構(gòu)的變形也較小，式(9)或式(10)所表示的這樣一種線性關(guān)系同實際情況的誤差較小，誤差可用誤差向量e(式(13))定義，表示式(9)或式(10)所示線性關(guān)系的誤差。e=abs(ACdc_C+C0)(13)式(13)中abs()是取絕對值函數(shù)，對括號內(nèi)求得的向量的每一個元素取絕對值。由于式(9)或式(10)所表示的線性關(guān)系存在一定誤差，因此不能簡單根據(jù)式(9)或式(10)和"被監(jiān)測量的當(dāng)前(實測)數(shù)值向量C"來直接求解得到"被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。"。如果這樣做了，得到的向量d。中的元素甚至?xí)霈F(xiàn)較大的負值，也就是負損傷、負松弛或負支座沉降，這明顯是不合理的。因此獲得向量d。的可接受的解(即帶有合理誤差，但可以比較準(zhǔn)確地確定支座位移、確定受損索的位置及其損傷程度、確定松弛索的位置及其松弛程度)成為一個合理的解決方法，可用式(14)來表達這一方法。abs(ACdc_C+C0)《g(14)式(14)中abs()是取絕對值函數(shù)，向量g描述偏離理想線性關(guān)系(式(9)或式(10))的合理偏差，由式(15)定義。g=[glg2…gj…gM]T(15)式(15)中g(shù)j(j=1，2，3，.......，M)描述了偏離式(9)或式(10)所示的理想線性關(guān)系的最大允許偏差。向量g可根據(jù)式(13)定義的誤差向量e試算選定。在"被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"(實測或計算得到)、"索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC"(計算得到)禾P"被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C"(實測得到)已知時，可以利用合適的算法(例如多目標(biāo)優(yōu)化算法)求解式(14)，獲得"被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。"的可接受的解，然后"當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d"(定義見式(16))的元素可以根據(jù)式(17)計算得到，也就是得到了"當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d"，當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d表達了計入初始健康狀態(tài)的索結(jié)構(gòu)的實際健康狀態(tài)。d=[4d2…di…cyT(16)式(16)中di(i=1，2，3，.......，N)表示索結(jié)構(gòu)的第i個被評估對象的當(dāng)前實際健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么&表示其當(dāng)前實際損傷，di為0時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示喪失相應(yīng)比例的承載能力；確定受損索之后對所有的受損索進行無損檢測，經(jīng)無損檢測查明該索沒有損傷，那么&表示該索與&損傷值力學(xué)等效的松弛，由此就確定了松弛索，具體松弛量的計算方法在下面說明；如果該被評估對象是一個支座的一個位移分量，那么A表示其當(dāng)前位移數(shù)值。向量d的元素的編號規(guī)則與式(1)中向量d。的元素的編號規(guī)則相同。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>17)式(17)中cU(i=1，2，3，.......，N)是向量d。的第j個元素，(^是向量4的第j個元素。下面敘述得到了索結(jié)構(gòu)當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d后，如何確定松弛索的位置和松弛程度。設(shè)索系統(tǒng)中共有Q根支承索，結(jié)構(gòu)索力數(shù)據(jù)由Q根支承索的索力來描述?？捎?初始索力向量F。"表示索結(jié)構(gòu)中所有支承索的初始索力(定義見式(18))。因為基于索結(jié)構(gòu)的計算基準(zhǔn)模型計算所得的初始索力可靠地接近于初始索力的實測數(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。F。=[F。丄F。2F。kF。Q]T(18)式(18)中F。(k二1，2，3，.......，Q)是索結(jié)構(gòu)中第k根支承索的初始索力，該元素依據(jù)編號規(guī)則對應(yīng)于指定支承索的索力。向量F。是常量。在建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。時使用了向量F。。依據(jù)定義，向量C。包括了向量F。。本發(fā)明中用"當(dāng)前索力向量F"表示實測得到的索結(jié)構(gòu)中所有支承索的當(dāng)前索力(定義見式(19))。F=[FiFfFf.FQ]T(19)式(19)中Fk(k二1，2，3，.......，Q)是索結(jié)構(gòu)中第k根支承索的當(dāng)前索力。本發(fā)明中，在支承索初始狀態(tài)(無損傷、無松弛)下，且支承索處于自由狀態(tài)(自由狀態(tài)指索力為0，后同)時，支承索的長度稱為初始自由長度，用"初始自由長度向量1。"表示索結(jié)構(gòu)中所有支承索的初始自由長度(定義見式(20))。1。=[loll。,..l。kl。Q]T(20)式(20)中l(wèi)。k(k=1，2，3，.......，Q)是索結(jié)構(gòu)中第k根支承索的初始自由長度。向量1。是常量，在開始時確定后，就不再變化。本發(fā)明中，用"當(dāng)前自由長度向量l"表示索結(jié)構(gòu)中所有支承索的當(dāng)前自由長度(定義見式(21))。1=[I!V"V"IJT(21)式(21)中l(wèi)k(k=1，2，3，.......，Q)是索結(jié)構(gòu)中第k根支承索的當(dāng)前自由長度。本發(fā)明中，用"自由長度改變向量Al"(或稱支承索當(dāng)前松弛程度向量)表示索結(jié)構(gòu)中所有支承索的自由長度的改變量(定義見式(22)和式(23))。A1=[A1!A12...Alk...A1Q]T(22)式(22)中Alk(k=1，2，3，.......，Q)是索結(jié)構(gòu)中第k根支承索的自由長度的改變量，其定義見式(23)，Alk不為0的索為松弛索，Alk的數(shù)值為索的松弛量，并表示索系統(tǒng)第k根支承索的當(dāng)前松弛程度，也是調(diào)整索力時該索的索長調(diào)整量。Alk=lk-l。k(23)向量F。、cf、Fk、1。、1、Al的編號規(guī)則相同。確定松弛索之后，在本發(fā)明中通過將松弛索同受損索進行力學(xué)等效來進行松弛索的松弛程度識別，等效的力學(xué)條件是—、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)及材料的力學(xué)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結(jié)構(gòu)中的力學(xué)功能就是完全相同的，即如果用等效的受損索代替松弛索后，索結(jié)構(gòu)不會發(fā)生任何變化，反之亦然。本發(fā)明中，同編號為k的支承索(其當(dāng)前松弛程度用Alk定義，對應(yīng)于向量F。、cf、Fk、l。、l、A1的第k個元素)進行等效的受損的支承索的當(dāng)前實際健康狀態(tài)用(fk表示(cfk是支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量cf的第k個元素)。松弛的第k個支承索的當(dāng)前松弛程度Alk(Alk的定義見式(22))同等效的受損索的當(dāng)前實際健康狀態(tài)(fk之間的關(guān)系由前述兩項力學(xué)等效條件確定。Alk同cfk之間的具體關(guān)系可以采用多種方法實現(xiàn)，例如可以直接根據(jù)前述等效條件確定(參見式(24))，也可采用基于Ernst等效彈性模量代替式(24)中的E進行修正后確定(參見式(25))，也可以采用基于有限元法的試算法等其它方法來確定。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(24)(25)式(24)和式(25)中Ek是該支承索的彈性模量，Ak是該支承索的橫截面面積，F(xiàn)k是該支承索的當(dāng)前索力，cfk是該支承索的當(dāng)前實際健康狀態(tài)，Ok是該支承索的單位長度的重量，L是該支承索的兩個支承端點的水平距離。式(25)中[]內(nèi)的項是該支承索的Ernst等效彈性模量，由式(24)或式(25)可以就可以確定支承索當(dāng)前松弛程度向量A1。式(25)是對式(24)的修正。本發(fā)明的第二部分健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。硬件部分包括監(jiān)測系統(tǒng)(監(jiān)測被監(jiān)測量、監(jiān)測索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)、監(jiān)測索力、監(jiān)測支承索兩支承端點的水平距離)、信號采集器和計算機等。要求實時或準(zhǔn)實時監(jiān)測每一個被監(jiān)測量、監(jiān)測每一個支承索的索力、監(jiān)測每一個支承索兩支承端點的水平距離。軟件應(yīng)當(dāng)具用下列功能軟件部分應(yīng)當(dāng)能夠完成本發(fā)明的第一部分所設(shè)定的過程，即完成本發(fā)明中所需要的、可以用計算機實現(xiàn)的監(jiān)測、記錄、控制、存儲、計算、通知、報警等功能。本發(fā)明方法具體包括a.為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評估的支承索和支座位移分量為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(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；本發(fā)明用變量i表示這一編號，i=1，2，3，...，N;b.確定指定的被測量點，給所有指定點編號；確定過每一測量點的被測量直線，給所有指定的被測量直線編號；確定每一被測量直線的被測量的角度坐標(biāo)分量，給所有被測量角度坐標(biāo)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；"結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)"由上述所有被測量角度坐標(biāo)分量組成；為方便起見，在本發(fā)明中將"結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)"簡稱為"被監(jiān)測量";測量點的數(shù)量不得小于索的數(shù)量；所有被測量角度坐標(biāo)分量的數(shù)量之和不得小于N;c.利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立初始健康狀態(tài)向量d。。如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，向量d。的各元素數(shù)值取0。d.在建立初始健康狀態(tài)向量d。的同時，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)值，組成被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。；e.在建立初始健康狀態(tài)向量d。和被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。的同時，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。；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有支承索的初始自由長度，組成初始自由長度向量1。；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)或?qū)崪y得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)；同時，實測或根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積；f.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)、索的無損檢測數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。；g.在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;h.實測得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的當(dāng)前索力，組成當(dāng)前索力向量F;同時，實測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(shù)值，組成"被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C";實測計算得到所有支承索的兩個支承端點的空間坐標(biāo)，兩個支承端點的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距離；i.定義待求的被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。和當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d;向量d。、d。和d的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，d。、d。和d的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，d。、d。和d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的損傷程度或位移、或與松弛程度力學(xué)等效的損傷程度；j.依據(jù)"被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C"同"被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"、"索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC"和"被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)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l，式1中除d。外的其它量均為已知，求解式1就可以算出被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。；C=C。+ACdc式1k.利用式2表達的當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素dj同初始健康狀態(tài)向量d。的元素d。j和被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。的元素d。j間的關(guān)系，計算得到當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的所有元素。&=l-(l-d?！?l-dci)式2式2中i=1，2，3，......，N;由于當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前實際健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索，那么該元素表示其當(dāng)前實際損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個位移分量，那么該元素表示其當(dāng)前位移數(shù)值；當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素數(shù)值為0時，表示對應(yīng)的支承索無損傷無松弛、或?qū)?yīng)的支座位移分量為0，不為0的元素對應(yīng)于有問題的支承索或有位移的支座；由此確定了有問題的支承索，確定了支座位移；1.從第k步中識別出的有問題的支承索中通過無損檢測方法鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；m.從當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d中取出支承索對應(yīng)的元素組成支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量cT，支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量cf有Q個元素，表示Q根支承索的當(dāng)前實際損傷值，cf元素的編號規(guī)則與向量F。的編號規(guī)則相同，即cf和F。相同編號的元素表示相同支承索的信息；n.利用在第m步獲得的支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量(f得到松弛索的當(dāng)前實際損傷程度，利用在第h步獲得的當(dāng)前索力向量F，利用在第h步獲得的所有支承索的兩個支承端點的空間坐標(biāo)，利用在第e步獲得的初始自由長度向量1。，利用在第e步獲得的所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積數(shù)據(jù)，通過將松弛索同受損索進行力學(xué)等效來計算松弛索的、與當(dāng)前實際損傷程度等效的松弛程度，等效的力學(xué)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(xué)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結(jié)構(gòu)中的力學(xué)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(jié)構(gòu)不會發(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)前述力學(xué)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(diào)整索力的支承索的索長調(diào)整量；這樣就實現(xiàn)了支承索的松弛識別；計算時所需索力由當(dāng)前索力向量F對應(yīng)元素給出；在步驟g中，在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的具體方法為gl.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。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N;每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移，為敘述方便本發(fā)明合稱單位損傷和單位位移為單位變化；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)該支承索在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加發(fā)生單位位移，用Dui記錄這一單位損傷或單位位移，其中i表示發(fā)生單位損傷或單位位移的被評估對象的編號；每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象，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；g2.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)測量初始向量后再除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個被監(jiān)測量變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量變化向量；g3.由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的每一列對應(yīng)于一個被監(jiān)測量變化向量。有益效果本發(fā)明公開的系統(tǒng)和方法在索結(jié)構(gòu)支座出現(xiàn)位移的情況下、在有較多的索同步受損或松弛的條件下可以非常準(zhǔn)確地監(jiān)測評估出索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)(包括所有支座位移、所有松弛索和受損索的位置、及其松弛程度或損傷程度)。本發(fā)明公開的系統(tǒng)和方法對索結(jié)構(gòu)的有效健康監(jiān)測是非常有益的。具體實施例方式本發(fā)明公開了一種能夠合理有效地監(jiān)測索結(jié)構(gòu)的支座位移、識別受損索松弛索的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實施例的下面說明實質(zhì)上僅僅是示例性的，并且目的絕不在于限制本發(fā)明的應(yīng)用或使用。在索結(jié)構(gòu)支座出現(xiàn)位移、出現(xiàn)受損索、松弛索的情況下，本發(fā)明采用一種算法，該算法用于監(jiān)測索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)(包括識別支座位移、受損索、松弛索)。具體實施時，下列步驟是可采取的各種步驟中的一種。第一步為敘述方便起見，本發(fā)明統(tǒng)一稱被評估的支承索和支座位移分量為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(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；本發(fā)明用變量i表示這一編號，i=1，2，3，...，N。確定指定的被測量點(即所有表征結(jié)構(gòu)角度位移的指定點，設(shè)有K個指定點)，每一個指定點可以就是每一根索的固定端點(例如是斜拉橋的拉索在橋面上的固定端)附近的一個點，該指定點還可以是結(jié)構(gòu)支座附近的一個點，給所有指定點編號；確定過每一測量點的被測量直線(設(shè)過每一測量點有L個指定直線)，給所有指定的被測量直線編號；確定每一被測量直線的被測量的角度坐標(biāo)分量(設(shè)每一被測量直線有H個角度坐標(biāo)分量)，給所有被測量角度坐標(biāo)分量編號。上述編號在后續(xù)步驟中同樣將用于生成向量和矩陣。"結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)"由上面確定的結(jié)構(gòu)上K個指定點的、過每個指定點的L個指定直線的、每個指定直線的H個角度坐標(biāo)分量來描述，結(jié)構(gòu)角度的變化就是所有指定點的、所有指定直線的所有指定的角度坐標(biāo)分量的變化。每次共有M(M二KXLXH)個角度坐標(biāo)分量測量值或計算值來表征結(jié)構(gòu)的角度信息。K和M不得小于被評估對象的數(shù)量N。為方便起見，在本發(fā)明中將"結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)"簡稱為"被監(jiān)測量"。在每一指定點可以僅僅測量一個指定直線的一個角度坐標(biāo)，例如測量過指定點的結(jié)構(gòu)表面法線相對于重力加速度方向的角度坐標(biāo)，這里實際上就是傾角測量。第二步利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立初始健康狀態(tài)向量d。。如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達索的健康狀態(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。的各元素數(shù)值取0。第三步在建立初始健康狀態(tài)向量d。的同時，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)值，組成"被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"；同時，直接測量計算得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的初始索力，組成"初始索力向量F。"；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有索的初始自由長度，組成"初始自由長度向量1。"；同時，實測或根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積。第四步在建立初始健康狀態(tài)向量d。的同時，可以采用成熟的測量方法進行索力測量、應(yīng)變測量、角度測量和空間坐標(biāo)測量。直接測量或測量后計算得到索結(jié)構(gòu)初始幾何形狀數(shù)據(jù)(對于斜拉橋就是其初始橋型數(shù)據(jù))，索結(jié)構(gòu)的初始幾何形狀數(shù)據(jù)可以是所有索的端點的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)加上結(jié)構(gòu)上一系列的點的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，目的在于根據(jù)這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)確定索結(jié)構(gòu)的幾何特征。對斜拉橋而言，初始幾何形狀數(shù)據(jù)可以是所有索的端點的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)加上橋梁兩端上若干點的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這就是所謂的橋型數(shù)據(jù)。依據(jù)索結(jié)構(gòu)竣工之時的索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，該實測數(shù)據(jù)包括索結(jié)構(gòu)形狀數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉力數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)、索結(jié)構(gòu)模態(tài)數(shù)據(jù)、所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積等實測數(shù)據(jù)，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)，依據(jù)設(shè)計圖和竣工圖，利用力學(xué)方法建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。；如果沒有索結(jié)構(gòu)竣工之時的結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，那么就在建立健康監(jiān)測系統(tǒng)前對該索結(jié)構(gòu)進行實測，同樣得到索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)，根據(jù)此數(shù)據(jù)和索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖，同樣利用力學(xué)方法建立索結(jié)構(gòu)的初始力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。；不論用何種方法獲得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%;A。是不變的；A。對應(yīng)的索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)由d。描述；第五步安裝索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分。硬件部分至少包括被監(jiān)測量監(jiān)測系統(tǒng)(例如含角度測量傳感器、信號調(diào)理器等)、索力監(jiān)測系統(tǒng)(例如含加速度傳感器、信號調(diào)理器等)、各支承索兩支承端點的水平距離監(jiān)測系統(tǒng)(例如用全站儀進行測量)、信號(數(shù)據(jù))采集器、計算機和通信報警設(shè)備。每一個被監(jiān)測量、每一個支承索的索力和每一根支承索兩支承端點的水平距離都必須被監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到，監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測到的信號傳輸?shù)叫盘?數(shù)據(jù))采集器；信號經(jīng)信號采集器傳遞到計算機；計算機則負責(zé)運行索結(jié)構(gòu)的索系統(tǒng)的健康監(jiān)測軟件，包括記錄信號采集器傳遞來的信號；當(dāng)監(jiān)測到索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)有變化時，計算機控制通信報警設(shè)備向監(jiān)控人員、業(yè)主和(或)指定的人員報警。第六步編制并在監(jiān)控計算機上安裝運行索結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件。該軟件將完成本發(fā)明"一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法"任務(wù)所需要的監(jiān)測、記錄、控制、存儲、計算、通知、報警等功能(即本具體實施方法中所有可以用計算機完成的工作)，并能定期或由人員操作健康監(jiān)測系統(tǒng)生成索結(jié)構(gòu)健康情況報表，還能依據(jù)設(shè)定的條件(例如損傷達到某一值)，自動通知或提示監(jiān)控人員通知特定的技術(shù)人員完成必要的計算工作。第七步在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;具體方法為在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。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N;每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原健康狀態(tài)(用索結(jié)構(gòu)初始健康狀態(tài)向量d。表示)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移，為敘述方便本發(fā)明合稱單位損傷和單位位移為單位變化，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)該支承索在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加發(fā)生單位位移，用Dui記錄這一單位損傷或單位位移，其中i表示發(fā)生單位損傷或單位位移的被評估對象的編號；每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象，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(當(dāng)假設(shè)第i個被監(jiān)測量有單位損傷或單位位移時，可用被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量Cti表示)；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)測量初始向量后再除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個被監(jiān)測量變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量變化向量；由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的每一列對應(yīng)于一個被監(jiān)測量變化向量。在本步驟中及其后給各向量的元素編號時，應(yīng)同本發(fā)明中其它向量使用同一編號規(guī)則，這樣可以保證本步驟中各向量中的任意一個元素，同其它向量中的、編號相同的元素，表達了同一被監(jiān)測量或同一被評估對象的相關(guān)信息。第八步建立線性關(guān)系誤差向量e和向量g。利用前面的數(shù)據(jù)("被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"、"索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC")，在第七步進行每一次計算的同時，即在每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原健康狀態(tài)d。的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或15單位位移，計算得到一個被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量(當(dāng)假設(shè)第i個被監(jiān)測量有單位損傷或單位位移時，用被監(jiān)測量計算當(dāng)前向量Cti表示)的同時，每一次計算組成一個"健康狀態(tài)向量dt"，健康狀態(tài)向量dt的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，健康狀態(tài)向量dt的所有元素中只有一個元素的數(shù)值取每一次計算中假設(shè)增加單位變化的被評估對象的單位變化值，dt的其它元素的數(shù)值取o;cti、c。、dt的編號規(guī)則相同，也與Ac的行的編號規(guī)則相同；將c;i、c。、AC、dt帶入式(13)(需注意的，式(13)中C用Cti帶入，d。用dt帶入)，得到一個線性關(guān)系誤差向量e，每一次計算得到一個線性關(guān)系誤差向量e;有N個被評估對象就有N次計算，就有N個線性關(guān)系誤差向量e，將這N個線性關(guān)系誤差向量e相加后得到一個向量，將此向量的每一個元素除以N后得到的新向量就是最終的線性關(guān)系誤差向量e。向量g等于最終的誤差向量e。將向量g保存在運行健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件的計算機硬盤上，供健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件使用。第九步將"初始索力向量F。"、"被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"、"初始自由長度向量1。、"索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC"和所有索的彈性模量、初始橫截面面積、索的單位長度重量等參數(shù)以數(shù)據(jù)文件的方式保存在運行健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件的計算機硬盤上。第十步實測得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的當(dāng)前索力，組成當(dāng)前索力向量F;同時，實測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(shù)值，組成"被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C"。實測計算得到所有支承索的兩個支承端點的空間坐標(biāo)，兩個支承端點的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距離。第十一步依據(jù)"被監(jiān)測量的當(dāng)前(計算或?qū)崪y)數(shù)值向量C"同"被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量C。"、"索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC"和"被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。"間存在的近似線性關(guān)系(見式(9))，按照多目標(biāo)優(yōu)化算法計算索系統(tǒng)被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。的非劣解。可以采用的多目標(biāo)優(yōu)化算法有很多種，例如基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)優(yōu)化、基于粒子群的多目標(biāo)優(yōu)化算法、基于蟻群算法的多目標(biāo)優(yōu)化、約束法(ConstranMethod)、力口權(quán)法(WeghtedSumMethod)、目標(biāo)規(guī)劃法(GoalAtta騰ntMethod)等等。由于各種多目標(biāo)優(yōu)化算法都是常規(guī)算法，可以方便地實現(xiàn)，本實施步驟僅以目標(biāo)規(guī)劃法為例給出求解被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。的過程，其它算法的具體實現(xiàn)過程可根據(jù)其具體算法的要求以類似的方式實現(xiàn)。按照目標(biāo)規(guī)劃法，式(9)可以轉(zhuǎn)化成式(26)和式(27)所示的多目標(biāo)優(yōu)化問題，式(26)中y是一個實數(shù)，R是實數(shù)域，空間區(qū)域Q限制了向量d。的每一個元素的取值范圍(本實施例要求向量d。的對應(yīng)于支承索每一個元素不小于O，不大于1;對應(yīng)于支座位移的每一個元素根據(jù)支座約束范圍選定，例如安置在橋墩上的橋塔支座不應(yīng)發(fā)生大于2米的位移)。式(26)的意思是尋找一個絕對值最小的實數(shù)y，使得式(27)得到滿足。式(27)中G(d。)由式(28)定義，式(27)中加權(quán)向量W與y的積表示式(27)中G(d。)與向量g之間允許的偏差，g的定義參見式(15)，其值在第八步計算得到。實際計算時向量W可以與向量g相同。目標(biāo)規(guī)劃法的具體編程實現(xiàn)已經(jīng)有通用程序可以直接采用。按照目標(biāo)規(guī)劃法就可以求得當(dāng)前名義損傷向量d。。minimizey(26)ygR，dcgQ16G(cQ-WY《g(27)G(dc)=abs(ACdc_C+C0)(28)求得被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量d。后，可依據(jù)式(17)得到的當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d每一個元素，當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d就是帶有合理誤差、但可以比較準(zhǔn)確地識別有問題的索(可能是受損也可能是松弛)、可以比較準(zhǔn)確地確定所有支座位移的解。若解得的當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的每一個元素對應(yīng)于一個被評估對象的健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么該元素的數(shù)值表示其當(dāng)前損傷或松弛，如果該被評估對象是一個支座的一個位移分量，那么該元素的數(shù)值表示其當(dāng)前位移數(shù)值。第十二步識別受損索和松弛索。由于當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前實際健康狀態(tài)，如果d的一個元素&對應(yīng)于索系統(tǒng)中的一根索(或拉桿)，那么&表示其當(dāng)前可能的實際損傷，&為0時表示無損傷，為100%時表示該索徹底喪失承載能力，介于0與100%之間時表示喪失相應(yīng)比例的承載能力，但這根索究竟是發(fā)生了損傷還是發(fā)生了松弛，需進行鑒別。鑒別的方法多種多樣，可以通過去除支承索的保護層，對支承索進行目視鑒別，或者借助光學(xué)成像設(shè)備進行目視鑒別，也可以通過無損檢測方法對支承索是否受損進行鑒別，超聲波探傷就是一種目前廣泛使用的無損檢測方法。鑒別后那些沒有發(fā)現(xiàn)損傷且di數(shù)值不為O的支承索就是發(fā)生了松弛的索，就是需調(diào)整索力的索，依據(jù)式(24)或式(25)可以求得這些索的松弛程度(即索長調(diào)整量)。這樣就實現(xiàn)了受損索識別和松弛索識別。第十三步識別支座位移。當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的對應(yīng)于支座位移的元素數(shù)值就是支座位移量。第十四步健康監(jiān)測系統(tǒng)中的計算機定期自動或由人員操作健康監(jiān)測系統(tǒng)生成索系統(tǒng)健康情況報表。第十五步在指定條件下，健康監(jiān)測系統(tǒng)中的計算機自動操作通信報警設(shè)備向監(jiān)控人員、業(yè)主和(或)指定的人員報警。權(quán)利要求一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，其特征在于所述方法包括a.稱被評估的支承索和支座位移分量為被評估對象，設(shè)被評估的支承索的數(shù)量和支座位移分量的數(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；本發(fā)明用變量i表示這一編號，i＝1，2，3，...，N；b.確定指定的被測量點，給所有指定點編號；確定過每一測量點的被測量直線，給所有指定的被測量直線編號；確定每一被測量直線的被測量的角度坐標(biāo)分量，給所有被測量角度坐標(biāo)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；“結(jié)構(gòu)的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)”由上述所有被測量角度坐標(biāo)分量組成；為方便起見，在本發(fā)明中將“結(jié)構(gòu)的被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測量”；測量點的數(shù)量不得小于索的數(shù)量；所有被測量角度坐標(biāo)分量的數(shù)量之和不得小于N；c.利用索的無損檢測數(shù)據(jù)等能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)建立初始健康狀態(tài)向量do。如果沒有索的無損檢測數(shù)據(jù)及其他能夠表達索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)時，向量do的各元素數(shù)值取0。d.在建立初始健康狀態(tài)向量do的同時，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)值，組成被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Co；e.在建立初始健康狀態(tài)向量do和被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Co的同時，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Fo；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)得到所有支承索的初始自由長度，組成初始自由長度向量lo；同時，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)或?qū)崪y得到索結(jié)構(gòu)的初始幾何數(shù)據(jù)；同時，實測或根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、竣工資料得到所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積；f.根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)、索的無損檢測數(shù)據(jù)和初始索結(jié)構(gòu)支座坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型Ao；g.在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型Ao的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣ΔC；h.實測得到索結(jié)構(gòu)的所有支承索的當(dāng)前索力，組成當(dāng)前索力向量F；同時，實測得到索結(jié)構(gòu)的所有指定被監(jiān)測量的當(dāng)前實測數(shù)值，組成“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C”；實測計算得到所有支承索的兩個支承端點的空間坐標(biāo)，兩個支承端點的空間坐標(biāo)在水平方向分量的差就是兩個支承端點水平距離；i.定義待求的被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量dc和當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d；向量do、dc和d的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，do、dc和d的元素和被評估對象之間是一一對應(yīng)關(guān)系，do、dc和d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的損傷程度或位移、或與松弛程度力學(xué)等效的損傷程度；j.依據(jù)“被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量C”同“被監(jiān)測量的初始數(shù)值向量Co”、“索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣ΔC”和“被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量dc”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1中除dc外的其它量均為已知，求解式1就可以算出被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量dc；C＝Co+ΔC·dc式1k.利用式2表達的當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素di同初始健康狀態(tài)向量do的元素doj和被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量dc的元素dcj間的關(guān)系，計算得到當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的所有元素。di＝1-(1-doi)(1-dci)式2式2中i＝1，2，3，……，N；由于當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素數(shù)值代表對應(yīng)被評估對象的當(dāng)前實際健康狀態(tài)，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根索，那么該元素表示其當(dāng)前實際損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個位移分量，那么該元素表示其當(dāng)前位移數(shù)值；當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d的元素數(shù)值為0時，表示對應(yīng)的支承索無損傷無松弛、或?qū)?yīng)的支座位移分量為0，不為0的元素對應(yīng)于有問題的支承索或有位移的支座；由此確定了有問題的支承索，確定了支座位移；1.從第k步中識別出的有問題的支承索中，通過無損檢測方法鑒別出受損索，剩下的就是松弛索；m.從當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量d中取出支承索對應(yīng)的元素組成支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量dc，支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量dc有Q個元素，表示Q根支承索的當(dāng)前實際損傷值，dc元素的編號規(guī)則與向量Fo的編號規(guī)則相同，即dc和Fo相同編號的元素表示相同支承索的信息；n.利用在第m步獲得的支承索當(dāng)前實際健康狀態(tài)向量dc得到松弛索的當(dāng)前實際損傷程度，利用在第h步獲得的當(dāng)前索力向量F，利用在第h步獲得的所有支承索的兩個支承端點的空間坐標(biāo)，利用在第e步獲得的初始自由長度向量lo，利用在第e步獲得的所有索的彈性模量、密度、初始橫截面面積數(shù)據(jù)，通過將松弛索同受損索進行力學(xué)等效來計算松弛索的、與當(dāng)前實際損傷程度等效的松弛程度，等效的力學(xué)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(xué)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結(jié)構(gòu)中的力學(xué)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(jié)構(gòu)不會發(fā)生任何變化，反之亦然；依據(jù)前述力學(xué)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(diào)整索力的支承索的索長調(diào)整量；這樣就實現(xiàn)了支承索的松弛識別；計算時所需索力由當(dāng)前索力向量F對應(yīng)元素給出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，其特征在于在步驟g中，在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的具體方法為gl.在索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型A。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N;每一次計算假設(shè)只有一個被評估對象在原健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加有單位損傷或單位位移，為敘述方便本發(fā)明合稱單位損傷和單位位移為單位變化；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)該支承索在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加單位損傷，如果該被評估對象是一個支座的一個方向的位移分量，就假設(shè)該支座在該位移方向在原有健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上再增加發(fā)生單位位移，用Dui記錄這一單位損傷或單位位移，其中i表示發(fā)生單位損傷或單位位移的被評估對象的編號；每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或單位位移的被評估對象，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；g2.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)測量初始向量后再除以該次計算所假設(shè)的單位損傷或單位位移數(shù)值，得到一個被監(jiān)測量變化向量，有N個被評估對象就有N個被監(jiān)測量變化向量；g3.由這N個被監(jiān)測量變化向量依次組成有N列的索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC;索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的每一列對應(yīng)于一個被監(jiān)測量變化向量。全文摘要一種基于角度監(jiān)測的索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法，該方法基于角度監(jiān)測，根據(jù)索結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖、竣工圖和索結(jié)構(gòu)的實測數(shù)據(jù)等建立索結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算基準(zhǔn)模型，在力學(xué)計算基準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上進行若干次力學(xué)計算，通過計算獲得索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣。依據(jù)被監(jiān)測量的當(dāng)前數(shù)值向量同被監(jiān)測量初始向量、索結(jié)構(gòu)被監(jiān)測量單位變化矩陣和待求的被評估對象當(dāng)前健康狀態(tài)向量間存在的近似線性關(guān)系，可以識別出索結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的變化，即識別出支座位移、受損索和松弛索。文檔編號G01M99/00GK101793630SQ201010140079公開日2010年8月4日申請日期2010年4月2日優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日發(fā)明者王芳,韓玉林申請人:東南大學(xué)