專利名稱：溫度變化時角度監(jiān)測的受損索和支座平移識別方法
技術領域：
斜拉橋、懸索橋、桁架結構等結構有ー個共同點，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，本方法基于角度監(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)ー稱為“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，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(對桁架結構就是指受損的僅承受拉伸載荷的桿件)和支座平移位移，屬工程結構健康監(jiān)測領域。
背景技術：
支承索受損和支座發(fā)生平移位移對索結構安全是ー項重大威脅，基于結構健康監(jiān)測技術來識別支座平移位移和索結構的索系統(tǒng)中的受損索是ー種極具潛力的方法。當支座出現(xiàn)位移時、或索系統(tǒng)的健康狀態(tài)發(fā)生變化(例如發(fā)生損傷)時、或者兩種情況同時發(fā)生吋，會引起結構的可測量參數(shù)的變化，例如會引起索カ的變化，會影響索結構的變形或應變，會影響索結構的形狀或空間坐標，會引起過索結構的每一點的任意假想直線的角度坐標的變化(例如結構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，或者結構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，實際上這些可測量參數(shù)的變化包含了索系統(tǒng)的健康狀態(tài)信息、包含了支座平移位移信息，也就是說可以利用結構的可測量參數(shù)來識別支座平移位移和受損索。本方法基于角度監(jiān)測(本方法將被監(jiān)測的角度稱為“被監(jiān)測量”)來識別受損索和支座平移位移。被監(jiān)測量除了受索系統(tǒng)健康狀態(tài)和支座平移位移的影響外，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和支座平移位移的識別，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。

發(fā)明內容
技術問題本方法公開了ー種基于角度監(jiān)測的、能夠合理有效地識別支座平移位移和受損索的健康監(jiān)測方法。技術方案本方法由三部分組成。分別是建立結構健康監(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)測量的結構健康狀態(tài)評估方法、健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件部分。設索結構的支承索的數(shù)量和索結構的支座平移位移分量的數(shù)量之和為N。為敘述方便起見，本方法統(tǒng)ー稱被評估的支承索和支座平移位移為“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。
“結構的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)”由結構上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個角度坐標分量來描述，結構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分量的變化。每次共有M(M = KXLXH)個角度坐標分量測量值或計算值來表征結構的角度信息。K和M不得小于N。綜合上述被監(jiān)測量，整個索結構共有M個被監(jiān)測量，M不得小于被評估對象的數(shù)量
N0為方便起見，在本方法中將“索結構的被監(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表示這ー編號，j=l, 2, 3,. . . , Mo本方法的第一部分建立結構健康監(jiān)測系統(tǒng)所需的知識庫和參量的方法。具體如下 第一歩，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個陰天中每ー個陰天的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，每ー個陰天的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抜高度的變化數(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)境的溫度關于海抜高度的最大變化率△ Th，為方便敘述取ATh的単位為。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”吋，“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，在每ー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，對干支承索沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，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“相同海抜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，在每ー個海拔高度處，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)”;本方法中將在每ー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ー個位置，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ー個位置，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ー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，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，每ー個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由ー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，找到每ー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，用每ー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ー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)學計算得到每ー個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每ー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，計算在每ー個選取的海抜高度處共計BE個“相同海抜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“相同海抜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“相同海抜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ATpmax和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ー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ー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ー種稱為“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)時刻中的ー個時，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)時刻中的任ー個時刻，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)對應相等吋，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”吋，“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的単位為。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”中不存在ー個索結構表面點，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”中至少有ー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。2.建立索結構的初始力學計算基準模型A。(例如有限元基準模型)和當前初始カ 學計算基準模型(例如有限元基準模型)的方法，建立與A。對應的被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。的方法，建立與At0對應的被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量C'。的方法。在本方法中K、C0、Attj和Cttj是不斷更新的。建立和更新ApC。、#。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。建立初始力學計算基準模型A。吋，在索結構竣工之吋，或者在建立結構健康監(jiān)測系統(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。的同吋，也就是在獲得索結構穩(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構的所有被監(jiān)測量的初始數(shù)。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，也就是在獲得索結構穩(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)、索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)、索結構初始幾何數(shù)據(jù)、索力數(shù)據(jù)、拉桿拉カ數(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。索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)指在建立初始力學計算基準模型A。吋，索結構支座相對于索結構設計狀態(tài)下的支座所發(fā)生的平移位移。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)等能夠表達支承索的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)建立被評估對象初始損傷向量d。(如式(I)所示)，用d。表示索結構(用初始力學計算基準模型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，或者可以認為結構初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時，向量d。的中與支承索相關的各元素數(shù)值取O，如果沒有索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)或者可以認為索結構支座初始平移位移為O吋，向量d。的中與索結構支座平移位移相關的各元素數(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)、索結構支座初始平移位移測量數(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。。d0 = [dol do2 · · · dok · · · doN]T(I)式(I)中d。, (k=l，2，3，.......，N)表示初始力學計算基準模型A0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Cl。,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比例的承載能力，如果該被評估對象是ー個支座的一個平移位移分量，那么CU表示其初始位移數(shù)值，T表示向量的轉置(后同)。在實測得到T。的同時，也就是在獲得索結構穩(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A0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 ·· · Coj- · -C0Jt(2)式(2)中CtjjU=I, 2，3，.......，M)是索結構中第j個被監(jiān)測量的初始量，該分量
依據(jù)編號規(guī)則對應于特定的第j個被監(jiān)測量。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カ計算數(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、A。的每ー個被監(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。的力學計算結果組成。建 立和更新當前初始力學計算基準模型Attj的方法是在初始時刻(也就是第一次建立Attj吋)，Attj就等于A。，Attj對應的“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”記為“當前初始索結構穩(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；索結構處于Attj狀態(tài)時，本方法用被監(jiān)測量當前初始數(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，分別表示所有被監(jiān)測量在索結構處于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的力學計算結果組成；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)(稱為“當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量で”，向量Tt的定義方式與向量T。的定義方式相同)；如果Tt等于で。，則不需要對進行更新，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。的差就是當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關于初始索結構穩(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表示索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化；第二步對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A。中的索結構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算基準模型#。，更新Attj的同吋，I"。所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 1"。，這樣就得到了正確地對應于Attj的Tttj ;更新Cttj的方法是當更新Attj后，通過力學計算得到Attj中所有被監(jiān)測量的、當前的具體數(shù)值，這些具體數(shù)值組成C\。索結構中所有被監(jiān)測量的當前值組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C (定義見式(3))。C = [C1 C2 · · · Cj · · · CJt(3)式(3)中Cjj=I, 2，3，.......,Μ)是索結構中第j個被監(jiān)測量的當前值，該分量
依據(jù)編號規(guī)則與Cd對應于同一“被監(jiān)測量”。在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt的同一時刻，實測得到索結構的所有被監(jiān)測量的當前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C。3.建立和更新索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的方法。索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣AC是不斷更新的，即在更新當前初始カ學計算基準模型At0和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj的同吋，更新索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣AC。具體方法如下在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上進行若干次計算，計算次數(shù)數(shù)值上等于所有被評估對象的數(shù)量。每一次計算假設只有一個被評估對象在初始損傷(用向量d。的對應元素表示)的基礎上再増加單位損傷或單位平移位移，具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設該支承索有単位損傷(例如取5%、10%,20%或30%等損傷為単位損傷)，如果該被評估對象是ー個支座的ー個方向的平移位移分量，就假設該支座在該位移方向發(fā)生單位平移位移(例如2mm, 5mm, IOmm等為單位平移位移),用Duk記錄這一單位損傷或單位平移位移，其中k表示發(fā)生單位損傷或単位平移位移的被評估對象的編號。用“單位損傷或單位平移位移向量Du”(如式(4)所示)記錄所有的単位損傷或単位平移位移。每一次計算中出現(xiàn)單位損傷或単位平移位移的被評估對象不同于其它次計算中出現(xiàn)單位損傷或単位平移位移的被評估對象，每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的所有被監(jiān)測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前計算值組成ー個被監(jiān)測量計算當前向量(當假設第k個被評估對象有單位損傷或單位平移位移時，可用式(5)表示被監(jiān)測量計算當前向量Ctk);每一次計算得到被監(jiān)測量計算當前向量Ctk減去被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj后再除以該次計算所假設的單位損傷或單位平移位移數(shù)值Duk，所得向量就是此條件下(以有單位損傷或單位平移位移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?shù)趉個被評估對象有單位損傷或單位平移位移吋，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ー元素表示由于計算時假定有單位損傷或單位平移位移的那個被評估對象的單位損傷或單位平移位移而引起的該元素所對應的被監(jiān)測量的単位改變量；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。
權利要求
1. ー種溫度變化時角度監(jiān)測的受損索和支座平移識別方法，其特征在于所述方法包括 a.為敘述方便起見，本方法統(tǒng)ー稱被評估的支承索和支座平移位移分量為被評估對象，設被評估的支承索的數(shù)量和支座平移位移分量的數(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)則將索結構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表示這ー編號，k = 1，2，3，. . .，N ;確定指定的被測量點，給所有指定點編號；確定過每ー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分量，給所有被測量角度坐標分量編號；上述編號在后續(xù)步驟中將用于生成向量和矩陣索結構的全部被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)”由上述所有被測量角度坐標分量組成；為方便起見，在本方法中將“索結構的被監(jiān)測的角度數(shù)據(jù)”簡稱為“被監(jiān)測量”;所有被監(jiān)測量的數(shù)量之和記為M，M不得小于N ;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； bl :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個陰天中每ー個陰天的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，每ー個陰天的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抜區(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抜高度的變化數(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)境的溫度關于海抜高度的最大變化率△'，為方便敘述取ATh的単位為。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抜到最高海拔之間，在索結構上均布選取不少于三個不同的海抜高度，在每ー個選取的海抜高度處、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，沿每ー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，對于支承索沿每ー個測量索結構沿壁厚的溫度分布的方向僅僅取ー個點，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，在每ー個海拔高度處，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)”;本方法中將在每ー個選取的海抜高度處“相同海抜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ー個位置，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ー個位置，該位置應當在全年的每ー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ー日都能得到ー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，每ー個索結構表面溫度實測數(shù)據(jù)序列由ー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，找到每ー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，用每ー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ー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)學計算得到每ー個索結構表面點的溫度關于時間的變化率，每ー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，計算在每ー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“相同海抜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“相同海抜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Δ 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Λ Tpmax和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Λ Traiax不大于參考日溫差Λ ；，且參考平板最大溫差ATpmax減去2攝氏度后不大于Λ Temax，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ー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ー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” 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)時刻中的ー個時，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)時刻中的任ー個時刻，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)”對應相等吋，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”吋，“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的単位為。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”中不存在ー個索結構表面點，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抜高度數(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”中至少有ー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ー個點； 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)、索結構支座初始平移位移測量數(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カ數(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。，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；利用能表達支承索的健康狀態(tài)的無損檢測數(shù)據(jù)以及索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)建立被評估對象初始損傷向量d。，向量d。表示用初始力學計算基準模型A。表示的索結構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)等干N，d。的元素與被評估對象是一一對應關系，向量d。的元素的編號規(guī)則與被評估對象的編號規(guī)則相同；如果d。的某ー個元素對應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比例的承載能力；如果d。的某ー個元素對應的被評估對象是某ー個支座的某一個平移位移分量，那么d。的該元素的數(shù)值代表這個支座的該平移位移分量的初始數(shù)值；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，或者可以認為結構初始狀態(tài)為無損傷無松弛狀態(tài)時，向量d。中與支承索相關的各元素數(shù)值取·0，如果沒有索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)或者可以認為索結構支座初始平移位移為O吋，向量d。中與索結構支座平移位移相關的各元素數(shù)值取O ;初始索結構支座坐標數(shù)據(jù)指索結構設計狀態(tài)下的支座坐標數(shù)據(jù)，索結構支座初始平移位移測量數(shù)據(jù)指在建立初始力學 計算基準模型A。時，索結構支座相對于索結構設計狀態(tài)下的支座所發(fā)生的平移位移； 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)、索結構支座初始平移位移測量數(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“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的索結構的當前初始力學計算基準模型AV被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt:;第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj和被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj吋，索結構的當前初始力學計算基準模型Attj就等于索結構的初始力學計算基準模型A。，被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj就等于被監(jiān)測量初始數(shù)值向量C。 ぶ。對應的“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”稱為“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量 "?！?，第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Attj吋，Tt0就等于T。-At0的被評估對象的初始健康狀態(tài)與Α。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；T0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；1"。和d。是Attj的參數(shù)，Ct0由At0的力學計算結果組成； e.從這里進入由第e步到第m步的循環(huán)；在結構服役過程中，不斷按照“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)，“索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”的當前數(shù)據(jù)稱為“當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)”，記為“當前索結構穩(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； f.根據(jù)當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt,按照步驟fl至f3更新當前初始力學計算基準模型AV被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tttj ； fl.比較Tt與Tt0,如果Tt等于で。，則At。、Ct0和Tttj保持不變；否則需要按下列步驟對At0^Ut0和Tt0進行更新； f2.計算Tt與T。的差，Tt與T。的差就是當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)關于初始索結構穩(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表示索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)的變化； f3.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A。中的索結構施加的溫度變化后得到更新的當前初始力學計算基準模型#。，更新V。的同吋，I"。所有元素數(shù)值也用Tt的所有元素數(shù)值對應代替，即更新了 1"。，這樣就得到了正確地對應于Attj的Tttj ;更新Cttj的方法是當更新Attj后，通過力學計算得到Attj中所有被監(jiān)測量的、當前的具體數(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.在當前初始力學計算基準模型Attj的基礎上按照步驟gl至g4進行若干次力學計算， 通過計算獲得索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣Λ C和單位損傷或單位平移位移向量Du ； gl.索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣△ C是不斷更新的，即在更新當前初始カ學計算基準模型#。、被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj和當前初始索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt0之后，必須接著更新索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣△ C和單位損傷或單位平移位移向量Du; g2.在索結構的當前初始力學計算基準模型Attj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；每一次計算假設只有一個被評估對象在原有損傷或平移位移的基礎上再増加單位損傷或單位平移位移，具體的，如果該被評估對象是索系統(tǒng)中的一根支承索，那么就假設該支承索再增加單位損傷，如果該被評估對象是ー個支座的ー個方向的平移位移分量，就假設該支座在該位移方向再增加單位平移位移，用Duk記錄這一増加的單位損傷或単位平移位移，其中k表示増加單位損傷或單位平移位移的被評估對象的編號，Duk是單位損傷或單位平移位移向量Du的ー個元素，單位損傷或單位平移位移向量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單位平移位移的被評估對象不同于其它次計算中増加單位損傷或單位平移位移的被評估對象，每一次計算都利用力學方法計算索結構的所有被監(jiān)測量的當前計算值，每一次計算得到的所有被監(jiān)測量的當前計算值組成ー個被監(jiān)測量計算當前向量，被監(jiān)測量計算當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)測量計算當前向量減去被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量Cttj得到ー個向量，再將該向量的每ー個元素都除以該次計算所假設的單位損傷或單位平移位移數(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列的索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣△ C ;索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣AC的每一列對應于一個被監(jiān)測量單位變化向量；索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣ΔC的每一行對應于同一個被監(jiān)測量在不同被評估對象増加單位損傷或單位平移位移時的不同的單位變化幅度；索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣△ C的列的編號規(guī)則與向量d。的元素的編號規(guī)則相同，索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣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.在實測得到當前索結構穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)向量Tt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Tt的時刻的同一時刻的索結構的所有被監(jiān)測量的當前實測數(shù)值，組成被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C ;被監(jiān)測量當前數(shù)值向量C和被監(jiān)測量當前初始數(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.定義被評估對象當前名義損傷向量d，被評估對象當前名義損傷向量d的元素個數(shù)等于被評估對象的數(shù)量，被評估對象當前名義損傷向量d的元素和被評估對象之間是一一對應關系，被評估對象當前名義損傷向量d的元素數(shù)值代表對應被評估對象的名義損傷程度或名義平移位移；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)測量當前數(shù)值向量C同被監(jiān)測量當前初始數(shù)值向量CV索結構單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣△ C、單位損傷或單位平移位移向量Du和待求的被評估對象當前名義損傷向量d間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前名義損傷向量d ；
全文摘要
溫度變化時角度監(jiān)測的受損索和支座平移識別方法基于角度監(jiān)測，通過監(jiān)測索結構溫度和環(huán)境溫度來決定是否需要更新索結構的力學計算基準模型，得到計入索結構溫度和環(huán)境溫度的索結構的力學計算基準模型，在此模型的基礎上計算獲得單位損傷被監(jiān)測量單位變化矩陣。依據(jù)被監(jiān)測量當前數(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)測量單位變化矩陣、單位損傷或單位平移位移向量和待求的被評估對象當前名義損傷向量間存在的近似線性關系算出被評估對象當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快速識別出支座平移位移和受損索。
文檔編號G01K13/00GK102706643SQ201210172770
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)明者萬江, 韓佳邑, 韓玉林 申請人:東南大學