專利名稱：支座廣義位移溫度變化應變監測的松弛索遞進式識別方法
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”。隨著環境溫度的變化，索結構的溫度也會發生變化，在索結構溫度發生變化時，在有支座廣義位移(例如支座廣義位移指支座沿X、Y、Z軸的線位移及支座繞X、Y、Z軸的角位移；對應于支座廣義位移，支座廣義坐標指支座關于X、Y、Z軸的坐標及支座關于X、Y、Z軸的角坐標)時，本方法基于應變監測來識別索結構的支承系統(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一稱為“索系統”，但實際上索系統不僅僅指支承索，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)，屬工程結構健康監測領域。
背景技術：
索系統通常是索結構(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，基于結構健康監測技術來識別索結構的索系統中的受損索(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。索系統的健康狀態發生變化后，會引起結構的可測量參數的變化，例如索結構的變形或應變會發生變化，實際上應變的變化包含了索系統的健康狀態信息，也就是說可以利用結構應變數據判斷結構的健康狀態，可以基于應變監測(本方法將被監測的應變稱為“被監測量”，后面提到“被監測量”就是指被監測的應變)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)。被監測量除了受索系統健康狀態的影響外，還會受索結構溫度變化(常常會發生)和索結構支座廣義位移(沉降是廣義位移在重力方向的分量)的影響，在索結構溫度發生變化和索結構支座發生廣義位移的條件下，如果能夠基于對被監測量的監測來實現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、有效的健康監測系統和方法解決了此問題。在索結構有支座廣義位移溫度變化時，為了能對索結構的索系統的健康狀態有可靠的監測和判斷，必須有一個能夠合理有效的建立每一個被監測量變化同索系統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測系統可以給出更可信的索系統的健康評估。
發明內容
技術問題本方法的目的是在索結構有支座廣義位移溫度變化時，針對索結構中索系統的健康監測問題，公開了一種基于應變監測的、能夠合理有效地監測索結構中索系統的健康監測方法。依據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，例如支承索出現了局部裂紋和銹蝕等等；二是支承索并無損傷，但索力也發生了變化，出現這種變化的主要原因之一是支承索自由狀態(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。支承索自由長度發生變化的原因不是單一的，為了方便，本方法將自由長度發生變化的支承索統稱為松弛索。在本方法中用索系統健康監測系統指松弛索識別系統，用索系統健康評估方法指松弛索識別方法，或者說在本方法在“健康監測”通常可用“松弛索識別”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、建立索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監測量的索系統健康狀態評估方法；三、健康監測系統的軟件和硬件部分。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境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數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，統計得到這段時間內的陰天數量記為T個陰天，統計得到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，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日出時刻，可以查詢資料或通過常規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境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環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據為“R個索結構表面溫度實測數據”，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據為“R個索結構表面溫度計算數據”。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據”，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據”，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據”，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據的點”的總數為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據的點”的溫度，稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，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據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”;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據”的個數溫度分布數據”。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，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻。第二步，實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監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境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據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境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環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 ;由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環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據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據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據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據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據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據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每一個索結構表面溫度實測數據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據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據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據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值，其中的最大值記為ATsmax ;由每一索結構表面溫度實測數據序列通過常規數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據”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據”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態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規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態溫度數據的時刻，索結構所在環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態溫度數據的時刻，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態溫度數據的時刻，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據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態溫度數據的時刻，“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“獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”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態溫度數據的時刻相關的條件”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態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處于穩態，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 穩態溫度數據的時刻”;然后，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“R個索結構表面溫度實測數據”和“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上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個索結構穩態表面溫度計算數據，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據的點”的計算溫度，HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等時，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”，此時的“R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數據”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據”;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態時，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值介于兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特征及方位數據，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索系統健康監測系統所需的知識庫和參量的方法、基于知識庫(含參量)和實測被監測量的索系統健康狀態評估方法。可按如下步驟依次進行，以獲得更準確的索系統的健康狀態評估。第一步設共有N根支承索，首先確定支承索的編號規則，按此規則將索結構中所有的支承索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣。“結構的全部被監測的應變數據”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，結構應變數據的變化就是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量N。為方便起見，在本方法中將“結構的被監測的應變數據”簡稱為“被監測量”。在后面提到“被監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，或者在建立健康監測(受損索識別)系統前，按照“本方法的索結構的溫度測量計算方法”測量計算得到“索結構穩態溫度數據”(可以用常規溫度測量方法測量，例如使用熱電阻測量)，此時的“索結構穩態溫度數據”用向量T。表示，稱為初始索結構穩態溫度數據向量T。。在實測得到T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到索結構的所有被監測量的初始數。在實測計算得到初始索結構穩態溫度數據向量T。的同時，使用常規方法(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(例如熱膨脹系數)和力學性能參數(例如彈性模量、泊松比);在實測計算得到初始索結構穩·態溫度數據向量T。的同時，也就是在獲得初始索結構穩態溫度數據向量T。的時刻的同一時亥IJ，使用常規方法實測計算得到索結構的實測計算數據。索結構的實測計算數據包括支承索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據、索結構初始幾何數據、索力數據、拉桿拉力數據、索結構支座廣義坐標數據、索結構模態數據、結構應變數據、結構角坐標測量數據、結構空間坐標測量數據等實測數據。索結構的初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上結構上一系列的點的空間坐標數據，目的在于根據這些坐標數據確定索結構的幾何特征。對斜拉橋而言，初始幾何數據可以是所有索的端點的空間坐標數據加上橋梁兩端上若干點的空間坐標數據，這就是所謂的橋型數據。利用支承索的無損檢測數據等能夠表達索的健康狀態的數據建立索系統初始損傷向量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)的索系統的初始健康狀態。如果沒有索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者可以認為結構初始狀態為無損傷狀態時，向量d。的各元素數值取O。利用索結構的設計圖、竣工圖和初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、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和初始索結構穩態溫度數據向量T。，利用力學方法(例如有限元法)計入“索結構穩態溫度數據”建立初始力學計算基準模型A。。對應于A。的索結構支座廣義坐標數據組成初始索結構支座廣義坐標向量U。。d。= [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態溫度數據向量T。的時刻的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到的索結構的所有被監測量的初始數值，組成被監測量初始數值向量C。(見式(2))。要求在獲得A。的同時獲得C。，被監測量初始數值向量C。表示對應于A。的“被監測量”的具體數值。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測量可靠地接近于初始被監測量的實測數據，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=l，2，3，....，M)是索結構中第k個被監測量。向量C。是由M個被監測量依據一定順序排列而成，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據即可。
不論用何種方法獲得初始力學計算基準模型A。，計入“索結構穩態溫度數據”(即初始索結構穩態溫度數據向量T。)、基于A。計算得到的索結構計算數據必須非常接近其實測數據，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據、應變計算數據、索結構形狀計算數據和位移計算數據、索結構角度數據、索結構空間坐標數據等，可靠地接近所模擬情況真實發生時的實測數據。模型A。中支承索的健康狀態用索系統初始損傷向量d。表示，索結構索結構穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量T。表示。由于基于A。計算得到所有被監測量的計算數值非常接近所有被監測量的初始數值(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的每一個被監測量的計算數值組成被監測量初始數值向量C。。可以說T。、U0和d。是A。的參數，C0由A。的力學計算結果組成。第二步循環開始。每一次循環開始時，首先需要建立或已建立本次循環開始時的索系統當前初始損傷向量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，在每一次循環中Ai0是不斷更新的)，(的溫度分布用“當前初始索結構穩態溫度數據向量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僅表示循環次數，即第i次循環。A。和Ai0計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響。第i次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量記為f。(如式(3)所示)，用屮。表示該次循環開始時索結構(用當前初始力學計算基準模型Aitj表示)的索系統的健康狀態。d'o 二 [<! C2 · · · d'OJ · · · <v](3)式(3)中d、(i = I, 2，3，…；j=l，2，3，.......，N)表示第i次循環開始時、當前
初始力學計算基準模型Ai0中的索系統的第j根索的初始損傷值，Clioj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。對應于索結構的當前初始力學計算基準模型Ai0的索結構支座廣義坐標數據組成當前初始索結構支座廣義坐標向量Ui。，在初始時刻也就是第一次建立索結構的當前初始力學計算基準模型Ai0時，Ui0就等于U。。建立和更新d、的方法如下第一次循環開始時、建立索系統當前初始損傷向量(依據式(3)記為d1。)時，d1。就等于d。。第i (i=2, 3，4，5，6···)次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量d1。,是在前一次(即第i-1次，i = 2，3，4，5，6…)循環結束前計算獲得的，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“索結構穩態溫度數據”用向量!^。表示，稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量Τ1。。向量Titj的定義方式與向量T。的定義方式相同， 每一次循環開始時必須建立或已建立稱為當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj。建立、更新Ai^Ui。和Titj的方法如下第一次循環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T0, U1。等于U。。在每一次循環中AK和 是不斷更新的，具體方法在后文敘述；在每一次循環結束時，更新Ai0' Ui0和Titj得到下一次循環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“被監測量當前初始數值向量C1。” (i = 1，2，3，···)表示第i次(i =1，2，3，4，5，6···)循環開始時所有指定的被監測量的初始值(參見式(4))，(^。的也可以稱為“第i次循環被監測量當前初始數值向量”。Q= [Q1 Q2 · · · (, · · · ComJ(4)式(2)中(^(i = l，2，3，...;k=l，2，3，....，M)是第i次循環開始時、索結構中第k個被監測量。向量C1。是由前面定義的M個被監測量依據一定順序排列而成，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據即可。在建立模型Ai0的同時建立“被監測量當前初始數值向量C1。”，被監測量當前初始數值向量Ci。表示對應于Aitj的所有被監測量的具體數值，C1。的元素與C。的元素一一對應，分別表示所有被監測量在索結構處于Ai0和A。兩種狀態時的具體數值。建立和更新Citj的具體方法如下第一次循環開始時，C10 (i = 1，吣具體化為(1。)等于(；；第1(1=2，3，4，5，6···)次循環開始時需要的第i次循環“被監測量當前初始數值向量C1。”，是在前一次(即第i-1次，i = 2, 3,4, 5,6···)循環結束前計算獲得的，具體方法在后文敘述。在第i次(i =1，2，3，4，5，6…)循環中，“被監測量當前初始數值向量CiJ是不斷更新的，具體方法在后文敘述。由于根據模型Ai0計算所得被監測量的初始數值可靠地接近于相對應的實測數值，在后面的敘述中，將用同一符號來表示該計算值組成向量和實測值組成向量。可以說疒。、池和Cli0是Ai0的特性參數，Ci0是Aitj在f。、U、和d、條件下的力學計算結果組成。第三步在索結構服役過程中，在每一次循環中，或者說在第i a =1，2，3，4，5，6…)次循環中，在已知Ai0' Ti0, U、、C10和^后，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“索結構穩態溫度數據”的當前數據，所有“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成“當前索結構穩態溫度數據向量Ti'向量Ti的定義方式與向量T。的定義方式相同；在實測向量Ti的同時，也就是在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Ti的時刻的同一時刻，實測得到索結構中所有被監測量的當前值，所有這些數值組成被監測量當前數值向量C、Ci的元素與C。的元素一一對應，表示相同被監測量在不同時刻的數值。在得到向量Ti的同時，實測得到索結構支座廣義坐標當前數據，所有索結構支座廣義坐標當前數據組成當前索結構實測支座廣義坐標向量Ui ；
在獲得向量Ti后，按照下列具體方法更新Ai0' Ti0, Ui0, Ci0和必分別比較Ti和Ti0' Ui和Ui0,如果Ti等于Ti0且Ui等于Ui0,則不需要對Ai0進行更新，否則需要對A1。、Ui0和Titj進行更新，更新方法是第一步計算Ui與U。的差，Ui與U。的差就是索結構支座關于初始位置的當前支座廣義位移，用支座廣義位移向量V表示支座廣義位移，支座廣義位移向量V中的元素與支座廣義位移分量之間是一一對應關系，支座廣義位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的位移；第二步計算Ti與Τ。的差，Ti與Τ。的差就是當前索結構穩態溫度數據關于初始索結構穩態溫度數據的變化，Ti與Τ。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等于Ti減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化；第三步先對Α。中的索結構支座施加當前支座廣義位移約束，當前支座廣義位移
約束的數值就取自支座廣義位移向量V中對應元素的數值，再對Α。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，對Α。中索結構支座施加支座廣義位移約束且對Α。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Α1。，更新Ai0的同時，Ui0所有元素數值也用Ui所有元素數值對應代替，即更新了 U、，Ti0所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應代替，即更新了 Τ1。，這樣就得到了正確地對應于Aitj的Ti0 ;此時必保持不變。當更新Aitj后，Aitj的索的健康狀況用索系統當前初始損傷向量Cli。表示，Aitj的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示，Aitj的支座廣義坐標用當前初始索結構支座廣義坐標向量U1。表示,通過力學計算得到A1。中所有被監測量的、當前的具體數值，用這些具體數值替換C1。中對應的元素，這樣就實現了被監測量當前初始數值向量Ci。的更新。第四步每一次循環時須先建立“單位損傷被監測量數值變化矩陣”和“名義單位損傷向量”，第i次循環建立的“單位損傷被監測量數值變化矩陣”記為ACHi=I, 2，3，…)。第i次循環建立的“名義單位損傷向量”記為Diutl在每一次循環中ACi和Diu需要根據情況不斷更新，即在更新當前初始力學計算基準模型A1。、當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti0和被監測量當前初始數值向量C1。后，更新單位損傷被監測量數值變化矩陣△ Ci和名義單位損傷向量Diut5每一次循環開始時先按下述步驟建立單位損傷被監測量數值變化矩陣Λ Ci和名義單位損傷向量Diu;如果在第三步中更新了 Α1。，那么在本步中必須重新建立(即更新)單位損傷被監測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu ;如果在第三步中沒有更新Α1。，那么在本步中不必重新建立單位損傷被監測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu;建立和重新建立(即更新)ACi和Diu的具體過程相同，列如下在索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj的基礎上進行若干次計算，計算次數數值上等于所有索的數量。每一次計算假設索系統中只有一根索在原有損傷(原有損傷可以為0，也可以不為O)的基礎上再增加單位損傷(例如取5%、10%、20%或30%等損傷為單位損傷)。為方便計算，每一次循環中設定單位損傷時可以都是把該次循環開始時的結構健康狀態當成是完全健康的，并在此基礎上設定單位損傷(在后續步驟中、計算出的、索的損傷數值一稱為名義損傷CliJi = 1,2, 3，…)，都是相對于將該次循環開始時的、將索的健康狀態當成是完全健康而言的，因此必須依據后文給出的公式將計算出的名義損傷換算成真實損傷)。同一次循環的每一次計算中出現損傷的索不同于其它次計算中出現損傷的索，并且每一次假定有損傷的索的單位損傷值可以不同于其他索的單位損傷值，用“名義單位損傷向量Di/ (如式(5)所示)記錄各次循環中所有索的假定的單位損傷，第一次循環時記為D1u,每一次計算都利用力學方法(例如有限元法)計算索結構的、在前面已指定的M個被監測量的當前計算值，每一次計算所得M個被監測量的當前計算值組成一個“被監測量計算當前數值向量”(當假設第j根索有單位損傷時，可用式(6)表示所有指定的M個被監測量的被監測量計算當前數值向量CitP ;每一次計算得到的被監測量計算當前數值向量減去被監測量當前初始數值向量C1。，所得向量就是此條件下(以有單位損傷的索的位置或編號等為標記)的“被監測量的數值變化向量”(當第j根索有單位損傷時，用S 表示被監測量的數值變化向量，S G的定義見式(7)、式(8)和式(9)，式(7)為式(6)減去式(4)后再除以向量Diu的第j個元素Diuj所得)，被監測量的數值變化向量δ Cij的每一元素表示由于計算時假定有單位損傷的那根索(例如第j根索)的單位損傷(例如D、)，而引起的該元素所對應的被監測量的數值改變量相對于假定的單位損傷Diiu.的變化率；有N根索就有N個“被監測量的數值變化向量”，每個被監測量的數值變化向量有M個元素，由這N個“被監測量的數值變化向量”依次組成有MXN個元素的“單位損傷被監測量數值變化矩陣AC1”(Μ行N列)，每一個向量SCijU=I, 2，3，.......，N)是矩陣ACi的一列，ACi的定義如式(10)所
/Jn οDiu=ID D ...1 ...(5)式(5)中名義單位損傷向量Diu的元素Diuj (i=l,2, 3, -；j=l,2, 3,.......，N)表
示第i次循環中假定的第j根索的單位損傷數值，向量Diu中的各元素的數值可以相同也可 以不同。Qi=Ictkl Ck · · · Cvk · · · ComJ(6)式(6)中元素Citjk (i = l，2，3，...;j = 1，2，3，.......，N ;k = 1，2，3，.......,Μ)
表示第i次循環由于第j根索有單位損傷時，依據編號規則所對應的第k個指定的被監測量的計算當前數值。
Ci -Ci^(7)
"J式(7)中各量的上標i (i = 1，2，3，…)表示第i次循環，下標
j (j=l, 2，3，.......，N)表示第j根索有單位損傷，式中D1uj是向量D1u中的第j個元素。向
量S Cij的定義如式(8)所示，SCij的第k Ck= 1,2, 3,.......，M)個元素SCijk表示第i
次循環中，建立矩陣ACi時，假定第j根索有單位損傷時計算所得第k個被監測量的改變量相對于假定的單位損傷Diiu.的變化率，其定義如式(9)所示。=^1 sq2 · · · SCilk · · · SCimJ mSCilk = ( ^ ( ok(9)
ljUj式(9)中各量的定義已在前面敘述過。ACi =[< C； SCi2 ·· · SCvi · · · δ('\ ](丨 0>式(10)中向量δ CijQ=I, 2，3，.......，，j=l，2，3，.......,N)表示第 i 次循環
中，由于第j根索有單位損傷Diiu而引起的、所有被監測量的相對數值變化。矩陣ACi的列(下標j)的編號規則與前面向量f。的元素的下標j的編號規則相同。第五步識別索系統的當前健康狀態。具體過程如下。第i (i = 1，2，3，...)次循環中，利用在第三步實測得到的“被監測量當前數值向量cu’同“被監測量當前初始數值向量C1。”、“單位損傷被監測量數值變化矩陣Λ Ci”和“當前名義損傷向量d1。”間的近似線性關系，如式(11)或式(12)所示。Ci =Q+AC d'c(11)C-Ci=M^dl(12)式(11)和式(12)中被監測量當前數值向量Ci的定義類似于被監測量當前初始數值向量C1。的定義，見式(13);索系統當前名義損傷向量di。的定義見式(14)。
·
Ci=Ici · · · Q · · · CmJ(13)式(13)中元素CikQ=I, 2，3，.......;k=l, 2，3，.......,Μ)是第i次循環時索結
構的、依據編號規則所對應的編號為k的被監測量的當前數值。d'c = ^d1cl dlc2 · · · d · · ·《v](14)式(14)中(1、α=1，2，3，.......； j=l,2, 3,.......,N)是第i次循環中索系統第
j根索的當前名義損傷值，向量f。的元素的下標j的編號規則與矩陣ACi的列的編號規則相同。當索實際損傷不太大時，由于索結構材料仍然處在線彈性階段，索結構的變形也較小，式(11)或式(12)所表示的這樣一種線性關系同實際情況的誤差較小，誤差可用誤差向量￥ (式(15))定義，表示式(11)或式(12)所示線性關系的誤差。e' = ahs(Mv ·C/；.-(' +(I)(15)式(15)中abs()是取絕對值函數,對括號內求得的向量的每一個元素取絕對值。由于式(11)或式(12)所表示的線性關系存在一定誤差，因此不能簡單根據式
(11)或式(12)和“被監測量當前數值向量Cu’來直接求解得到索當前名義損傷向量di。。如果這樣做了，得到的損傷向量中的元素甚至會出現較大的負值，也就是負損傷，這明顯是不合理的。因此獲得索損傷向量的可接受的解(即帶有合理誤差，但可以比較準確的從索系統中確定受損索的位置及其損傷程度)成為一個合理的解決方法，可用式(16)來表達這一方法。OhskNCi ·< -C + C ；) < 夂(16;式(16)中abs()是取絕對值函數，向量g1描述偏離理想線性關系(式(11)或式
(12))的合理偏差，由式(17)定義。[g； #···<··· g[u](17)式(17)中SikQ=I, 2，3，.......；k = 1,2, 3,.......,Μ)描述了第 i 次循環中偏
離式(11)或式(12)所示的理想線性關系的最大允許偏差。向量￥可根據式(15)定義的
誤差向量eH式算選定。在被監測量當前初始數值向量C1。、單位損傷被監測量數值變化矩陣Λ Ci和被監測量當前數值向量Ci已知時，可以利用合適的算法(例如多目標優化算法)求解式(16)，獲得索系統當前名義損傷向量的可接受的解，索系統當前實際損傷向量Cli (定義見式(18))的元素可以根據式(19)計算得到，從而可由Cli確定受損索的位置和損傷程度，也就是實現了索系統的健康監測，實現了受損索識別。dl - [^j Ci12 ··· dj ·· · iiy](18)式(18)中Clij(i = 1,2, 3,-;j=l,2, 3,.......,N)表示第i次循環中第j根索的
實際損傷值，其定義見式(19)，Clij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，向量Cli的元素的編號規則與式(I)中向量d。的元素的編號規則相同。dj = I ~ (I - J'oj)(I - d[j )(19)式(19)中d^a = 1,2, 3,4, - ; j=l,2, 3,.......,N)是索系統當前初始損傷向
量必的第j個元素，Clicj是索系統當前名義損傷向量的第j個元素。下面敘述得到了索系統當前實際損傷向量Cli后，如何確定松弛索的位置和松弛程度。設索系統中共有N根支承索，結構索力數據由N根支承索的索力來描述。可用“初始索力向量F。”表示索結構中所有支承索的初始索力(定義見式(20 ))。F0= [F01 F02- · · Foj · · -FJt(20)式(20)中FJj=I, 2，3，.......,N)是索結構中第j根支承索的初始索力，該元素
依據編號規則對應于指定支承索的索力。向量F。是常量。在實測得到T。的同一時刻，使用常規方法直接測量計算得到所有支承索的索力數據，所有這些索力數據組成初始索力向量F。。在建立索結構的初始力學計算基準模型A。時實際上使用了向量F。。本方法中用“當前索力向量F”表示實測得到的索結構中所有支承索的當前索力(定義見式(21))。F = [F1 F2 · · · Fj · · · FJt(21)式(21)中F」(j=l，2，3，.......,N)是索結構中第j根支承索的當前索力。在實測
得到當前索結構穩態溫度數據向量Ti的同一時刻，實測得到索結構中所有支承索的索力數據，所有這些索力數據組成當前索力向量F。向量F的元素與向量F。的元素的編號規則相同。依據前面的敘述，向量 等于向量f。本方法中，在支承索初始狀態下，在索結構的穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量Τ。表示時，且支承索處于自由狀態(自由狀態指索力為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I。”表示索結構中所有支承索的初始自由長度(定義見式(22))。依據“本方法的索結構的溫度測量計算方法”通過向量Τ。可以確定在得到向量Τ。時刻的所有支承索的溫度分布。I0 = [Iol 1。2 · · · Ioj · · · loN]T(22)式(22)中1。」(」_=1，2，3，.......，N)是索結構中第j根支承索的初始自由長度。向
量I。是常量，在開始時確定后，就不再變化。類似的，在支承索初始狀態下，在索結構的穩態溫度數據用初始索結構穩態溫度數據向量T。表示時，且支承索處于自由狀態時，支承索的橫截面面積稱為初始自由橫截面面積，用“初始自由橫截面面積向量A。”表示索結構中所有支承索的初始自由橫截面面積(定義見式(23))，支承索的單位長度的重量稱為初始自由單位長度的重量，用“初始自由單位長度的重量向量ω。”表示索結構中所有支承索的初始自由單位長度的重量(定義見式(24))。A0 = [Aol A02 ·· · Aoj · · · A0Jt(23)式(23)中AtjjU=I, 2，3，.......,N)是索結構中第j根支承索的初始自由橫截面
面積。向量A。是常量，在開始時確定后，就不再變化。ωο = [ωο1 ω ο2 · · · ω oJ · · · ωοΝ]τ(24)式(24)中(0。」(」_=1，2，3，.......,N)是索結構中第j根支承索的初始自由自由單 位長度的重量。向量ω。是常量，在開始時確定后，就不再變化。本方法中，在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量f。表示時，用“當前初始自由長度向量ItJ表示索結構中所有支承索的當前初始自由長度(定義見式(25)，指假設支承索索力為O時，考慮了熱膨脹系數和溫度變化對支承索自由長度的影響后，初始自由長度向量I。和初始索結構穩態溫度數據向量T。表示的支承索在溫度用當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj表示時的支承索自由長度)。依據“本方法的索結構的溫度測量計算方法”，通過向量 可以確定在得到向量 時刻的所有支承索的溫度分布。/=[/； ζ2 · · · Voj · · · 1NJ(25)式(25)中IttjjU=I, 2，3，.......,N)是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結
構穩態溫度數據向量 表示時，索結構中第j根支承索的當前初始自由長度，可以利用支承索的熱膨脹系數、iOJ> T0和Ti。通過常規物理計算得到I、。向量F的元素、向量I0的元素、向量P。的元素、向量A。的元素、向量ω。的元素與向量F。的兀素的編號規則相同,這些向量的相同編號的兀素表不同一個支承索的不同信肩、O本方法中，在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj表示時，用“當前自由長度向量I”表示索結構中所有支承索的當前自由長度(定義見式(26)，此時支承索可能是完好的，可能是受損的，也可能是松弛的)。I = [I1 I2 · · · Ij · · · IJT(26)式(26)中lj(j=l，2，3，.......,N)是索結構中第j根支承索的當前自由長度。本方法中，用“自由長度改變向量Al”(或稱支承索當前松弛程度向量)表示索結構中所有支承索的自由長度的改變量(定義見式(27)和式(28))。Δ1 = [Al1 Al2 * · * Δ Ij * · * Δ1ν]τ(27)式(27)中Λ1」(]_=1，2，3，.......，N)是當前索結構中第j根支承索的自由長度的
改變量，其定義見式(28)，Δ Ij不為O的索為松弛索，Λ Ij的數值為索的松弛量，并表示索系統第j根支承索的當前松弛程度，也是調整索力時該索的索長調整量。= Ij -Itoj-(28)在本方法中通過將松弛索同受損索進行力學等效來進行松弛索的松弛程度識別，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、幾何特性參數及材料的力學特性參數相同；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構中的力學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，索結構不會發生任何變化，反之亦然。得到了索系統當前實際損傷向量Cli后，Cli的第j個元素Clij(j=l，2，3，.......,N)
表示第j根索的實際損傷值，其定義見式(19)，雖然將 < 稱為第j根索的實際損傷值或第j根索的實際損傷程度，但由于第j根索可能是受損也可能是松弛，所以Cli的第j個元素CliJ表示的第j根索的實際損傷值實際上是第j根索的實際等效損傷值，當第j根索實際上是受損時，Clij就表示的第j根索的實際損傷值，當第j根索實際上是松弛時，Clij就表示的第j根索的與松弛等效的實際損傷值，為敘述方便，在本方法中稱 < 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，通過索系統當前實際損傷向量Cli就可以識別出健康狀態出現問題的支承索，但這些健康狀態出現問題的支承索中有些是受損了，有些是松弛了，如果第j個支承索實際上是發生松弛了(其當前松弛程度用Λ Ij定義)，那么松弛的第j個支承索的當前松弛程度Λ、(Λ、的定義見式(27))同等效的受損索的當前實際損傷程度札之間的關系由 前述兩項力學等效條件確定。Λ Ij同Clij之間的具體關系可以采用多種方法實現，例如可以直接根據前述等效條件確定(參見式(29 ))，也可采用基于Ernst等效彈性模量代替式(25 )中的E進行修正后確定(參見式(30))，也可以采用基于有限元法的試算法等其它方法來確定。
剛",:=1 耳(29)
, d\ Fi Ar =~-1——=|-/00)
l~d)「I…EJAr+F
_ 12(F/)3式(29)和式(30)中是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj表示時，第j個支承索的彈性模量，是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj表示時，第j個支承索的橫截面面積，Fj是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量I"。表示時，第j個支承索的當前索力，是第j個支承索的當前實際損傷程度，是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量I"。表示時，第j個支承索的單位長度的重量，1\是在索結構的穩態溫度數據用當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj表示時，第j個支承索的兩個支承端點的水平距離。Etj可以根據查或實測第j個支承索的材料特性數據得到，Atj和可以根據第j個支承索的熱膨脹系數、A。」、Ti。通過常規物理和力學計算得到。式(30)中口內的項是該支承索的Ernst等效彈性模量，由式(29)或式(30)可以就可以確定支承索當前松弛程度向量Al。式(30)是對式(29)的修正。第六步判斷是否結束本次(第i次)循環，如果是，則完成本次循環結束前的收尾工作，為下一次(即第i+Ι次，i = 1,2, 3,4,…)循環準備力學計算基準模型和必要的向量。具體過程如下在本次(第i次)循環中求得當前名義損傷向量Cli。后，首先，按照式(31)建立標識向量B1,式(32)給出了標識向量B1的第j個元素的定義；如果標識向量B1的元素全為O,則回到第三步繼續進行對索系統的健康監測和計算；如果標識向量Bi的元素不全為O，則完成后續步驟后，進入下一次循環。所謂的后續步驟為首先，根據式(33)計算得到下一次(即第i+Ι次，i =1，2，3，4，…)循環所需的初始損傷向量di+1。的每一個元素(T1tjj ;第二，在力學計算基準模型A0的基礎上，令A。中的索的健康狀況為di+1。而不是為d。后，再進一步對A。中的索結構施加溫度變化(如前所述，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，穩態溫度變化向量S等于Ti減去T。)，這樣就得到了下一次(即第i+Ι次，i = 1，2，3，4，…)循環所需的當前初始力學計算基準模Ai+1。，下一次(即第i+Ι次，i = 1，2，3，4，…)循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1。等于f。，對Ai+1。進行力學計算得到對應于Ai+1。的所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成下一次(即第i+Ι次，i = 1,2, 3，4，···)循環所需的被監測量的當前初始數值向量Ci+1。。
權利要求
1. 一種支座廣義位移溫度變化應變監測的松弛索遞進式識別方法，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則，按此規則將索結構中所有的支承索編號，該編號在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；確定指定的被監測點，被監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；確定被監測點的被監測的應變方向，并給所有指定的被監測應變編號；“被監測應變編號”在后續步驟中將用于生成向量和矩陣；“索結構的全部被監測的應變數據”由上述所有被監測應變組成；本方法將“索結構的被監測的應變數據”簡稱為“被監測量”;被監測點的數量不得小于支承索的數量；所有被監測量的數量之和不得小于支承索的數量；本方法中對同一個量實時監測的任何兩次測量之間的時間間隔不得大于30分鐘，測量記錄數據的時刻稱為實際記錄數據時刻；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境的隨溫度變化的傳熱學參數，利用索結構的設計圖、竣工圖和索結構的幾何實測數據，利用這些數據和參數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，統計得到這段時間內的陰天數量記為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，日出時刻是指根據地球自轉和公轉規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境的溫度隨時間和海拔高度的變化數據和變化規律，計算得到索結構所在地和所在海拔區間不少于2年的近年來的索結構所處環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據為“R個索結構表面溫度實測數據”，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據為“R個索結構表面溫度計算數據”;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據”，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據”，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據”，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據的點”的總數為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據的點”的溫度，稱實測得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”，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據的點的溫度，就稱計算得到的溫度數據為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”;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據”的個數溫度分布數據”;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，將實時監測得到參考平板的向陽面的溫度； b2 :實時監測得到上述R個索結構表面點的R個索結構表面溫度實測數據，同時實時監測得到前面定義的索結構沿厚度的溫度分布數據，同時實時監測得到符合氣象學測量氣溫要求的索結構所在環境的氣溫數據；通過實時監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境的氣溫實測數據序列，索結構所在環境的氣溫實測數據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境的氣溫實測數據按照時間先后順序排列，找到索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度和最低溫度，用索結構所在環境的氣溫實測數據序列中的最高溫度減去最低溫度得到索結構所在環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，稱為環境最大溫差，記為ATemax ；由索結構所在環境的氣溫實測數據序列通過常規數學計算得到索結構所在環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據序列，參考平板的向陽面的溫度的實測數據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據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據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據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據序列，有R個索結構表面點就有R個索結構表面溫度實測數據序列，每一個索結構表面溫度實測數據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據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據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據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據序列通過常規數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據”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據”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Δ Ttmax ;b3 :測量計算獲得索結構穩態溫度數據；首先，確定獲得索結構穩態溫度數據的時刻，與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件有六項，第一項條件是獲得索結構穩態溫度數據的時刻介于當日日落時刻到次日日出時刻后30分鐘之間，日落時刻是指根據地球自轉和公轉規律確定的氣象學上的日落時刻，可以查詢資料或通過常規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態溫度數據的時刻，索結構所在環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態溫度數據的時刻，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態溫度數據的時刻，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據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態溫度數據的時刻，“索結構厚度方向最大溫差” 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“獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻”，第一種時刻是滿足上述“與決定獲得索結構穩態溫度數據的時刻相關的條件”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態溫度數據的時刻相關的條件”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態溫度數據的時刻相關的條件”中的第一項至第六項條件的時刻；當獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻就是本方法中實際記錄數據時刻中的一個時，獲得索結構穩態溫度數據的時刻就是獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻；如果獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻不是本方法中實際記錄數據時刻中的任一個時刻，則取本方法最接近于獲得索結構穩態溫度數據的數學時刻的那個實際記錄數據的時刻為獲得索結構穩態溫度數據的時刻；本方法將使用在獲得索結構穩態溫度數據的時刻測量記錄的量進行索結構相關健康監測分析；本方法近似認為獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構溫度場處于穩態，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“獲得索結構穩態溫度數據的時刻”;然后，根據索結構傳熱特性，利用獲得索結構穩態溫度數據的時刻的“R個索結構表面溫度實測數據”和“ΗΒΕ個索結構沿厚度溫度實測數據”，利用索結構的傳熱學計算模型，通過常規傳熱計算得到在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布，此時索結構的溫度場按穩態進行計算，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據包括索結構上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個索結構穩態表面溫度計算數據，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據的點”的計算溫度，HBE個“測量索結構沿厚度的溫度分布數據的點”的計算溫度稱為“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”，當R個索結構表面溫度實測數據與R個索結構穩態表面溫度計算數據對應相等時，且“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”與“HBE個索結構沿厚度溫度計算數據”對應相等時，計算得到的在獲得索結構穩態溫度數據的時刻的索結構的溫度分布數據在本方法中稱為“索結構穩態溫度數據”，此時的“R個索結構表面溫度實測數據”稱為“R個索結構穩態表面溫度實測數據”，“HBE個索結構沿厚度溫度實測數據”稱為“HBE個索結構沿厚度穩態溫度實測數據”;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態時，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值介于兩兩相鄰索結構表面點的海拔高度數值之間；第三個條件是查詢或按氣象學常規計算得到索結構所在地和所在海拔區間的日照規律，再根據索結構的幾何特征及方位數據，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下的索結構穩態溫度數據，初始狀態下的索結構穩態溫度數據稱為初始索結構穩態溫度數據，記為“初始索結構穩態溫度數據向量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；在實測得到初始索結構穩態溫度數據向量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。；依據索結構設計數據、竣工數據得到所有支承索在自由狀態即索力為O時的長度、在自由狀態時的橫截面面積和在自由狀態時的單位長度的重量，以及獲得這三種數據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和力學性能參數，按照常規物理計算得到所有支承索在初始索結構穩態溫度數據向量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則與初始索力向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到T。的同時，也就是在獲 得初始索結構穩態溫度數據向量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據，初始索結構的實測數據包括表達支承索的健康狀態的無損檢測數據、所有被監測量的初始數值、所有支承索的初始索力數據、初始索結構模態數據、初始索結構應變數據、初始索結構幾何數據、索結構支座廣義坐標數據、初始索結構空間坐標數據；所有被監測量的初始數值組成被監測量初始數值向量C。；利用能表達支承索的健康狀態的無損檢測數據建立索系統初始損傷向量d。,索系統初始損傷向量d。的元素個數等于N, d。的元素與支承索是--對應關系，索系統初始損傷向量d。的元素數值不小于O、不大于100%, d。的元素數值代表對應支承索的損傷程度，若索系統初始損傷向量d。的某一元素的數值為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，如果沒有支承索的無損檢測數據及其他能夠表達支承索的健康狀態的數據時，或者認為索結構初始狀態為無損傷狀態時，向量d0的各元素數值取O ;若d。的某一元素的數值不為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，該元素數值表示其對應的支承索的初始等效損傷程度；索系統初始損傷向量d。的元素的編號規則與初始索力向量F。的元素的編號規則相同；對應于A。的索結構支座廣義坐標數據組成初始索結構支座廣義坐標向量U。；支座廣義坐標包括線量和角量兩種；d.根據索結構的設計圖、竣工圖、初始索結構的實測數據、支承索的無損檢測數據、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、初始索結構支座廣義坐標向量U。、初始索結構穩態溫度數據向量T。和前面步驟得到的所有的索結構數據，建立計入“索結構穩態溫度數據”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據必須非常接近其實測數據，其間的差異不得大于5% ;對應于A。的“索結構穩態溫度數據”就是“初始索結構穩態溫度數據向量T。” ;對應于A。的索結構支座廣義坐標數據就是初始索結構支座廣義坐標向量U。；對應于A。的支承索健康狀態用索系統初始損傷向量d。表示；對應于A。的所有被監測量的初始數值用被監測量初始數值向量C。表示；T。、U0和d。是A0的參數，由A。的力學計算結果得到的所有被監測量的初始數值與C。表示的所有被監測量的初始數值相同，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僅表示循環次數，即第i次循環；第i次循環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Ai0, A0和Ai0計入了溫度參數，可以計算溫度變化對索結構的力學性能影響;第i次循環開始時，對應于Aitj的“索結構穩態溫度數據”用當前初始索結構穩態溫度數據向量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次循環開始時需要的當前初始索結構支座廣義坐標向量記為亇。，#。的數據表示索結構的當前初始力學計算基準模型Aitj的索結構支座廣義坐標；第i次循環開始時需要的索系統當前初始損傷向量記為d1。，d1。表示該次循環開始時索結構A1。的索系統的健康狀態，d1。的定義方式與d。的定義方式相同，d1。的兀素與d。的兀素對應；第i次循環開始時，所有被監測量的初始值，用被監測量當前初始數值向量C1。表示，向量C1。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，被監測量當前初始數值向量C1。表示對應于Aitj的所有被監測量的具體數值；!"。、亇。和必是Aitj的特性參數，Ci0由Ai0的力學計算結果組成；第一次循環開始時，Ai0記為A1。，建立A1。的方法為使A10等于A。；第一次循環開始時，Ti0記為T1。，建立T1。的方法為使T1。等于T。；第一次循環開始時，Ui0記為U1。，建立U1。的方法為使U1。等于U。；第一次循環開始時，Cli0記為d1。，建立d1。的方法為使d1。等于d。；第一次循環開始時，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；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態溫度數據的當前數據，所有“索結構穩態溫度數據”的當前數據組成當前索結構穩態溫度數據向量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態溫度數據向量Ti的同一時刻，實測得到索結構支座廣義坐標當前數據，所有索結構支座廣義坐標當前數據組成當前索結構實測支座廣義坐標向量Ui;在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量疒的同一時刻，實測得到索結構中所有支承索的索力數據，所有這些索力數據組成當前索力向量F，向量F的元素與向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到當前索結構穩態溫度數據向量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據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則與初始索力向量F。的元素的編號規則相同；在實測得到向量 Ti的同時，實測得到在獲得當前索結構穩態溫度數據向量Ti的時刻的同一時刻的索結構中所有被監測量的當前值，所有這些數值組成被監測量當前數值向量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，表不相同被監測量在不同時刻的數值； g.根據當前索結構實測支座廣義坐標向量Ui和當前索結構穩態溫度數據向量Ti，按照步驟gl至g3更新當前初始力學計算基準模型A1。、當前初始索結構支座廣義坐標向量U1。、被監測量當前初始數值向量C1。和當前初始索結構穩態溫度數據向量Τ1。，而索系統當前初始損傷向量d1。保持不變； gl.分別比較Ui與U、、Ti與Ti0,如果Ui等于Ui0且Ti等于Ti0,則Ai0' U、、Ci0和Ti0保持不變；否則需要按下列步驟對A1。、Ui0和Titj進行更新； g2.計算Ui與U。的差，Ui與U。的差就是索結構支座關于初始位置的當前支座廣義位移，用支座廣義位移向量V表示支座廣義位移，V等于Ui減去U。，支座廣義位移向量V中的元素與支座廣義位移分量之間是一一對應關系，支座廣義位移向量V中一個元素的數值對應于一個指定支座的一個指定方向的廣義位移；計算Ti與T。的差，Ti與T。的差就是當前索結構穩態溫度數據關于初始索結構穩態溫度數據的變化,Ti與T。的差用穩態溫度變化向量S表示，S等于Ti減去T。，S表示索結構穩態溫度數據的變化； g3.先對A0中的索結構支座施加當前支座廣義位移約束，當前支座廣義位移約束的數值就取自支座廣義位移向量V中對應元素的數值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，對A。中索結構支座施加支座廣義位移約束且對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A1。，更新Ai0的同時，U1。所有元素數值也用Ui所有元素數值對應代替，即更新了 所有元素數值也用Ti的所有元素數值對應代替，即更新了 Τ1。，這樣就得到了正確地對應于Aitj的Titj和Ui0 ；此時 < 保持不變；當更新Aitj后，Aitj的索的健康狀況用索系統當前初始損傷向量d、表示，Ai0的索結構穩態溫度用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示，Ai0的支座廣義坐標用當前初始索結構支座廣義坐標向量U1。表示，更新C1。的方法是當更新Ai0后，通過力學計算得到Ai0中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成C、； 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測量數值變化矩陣ACi和名義單位損傷向量Diu ； hi.在第i次循環開始時，直接按步驟h2至步驟h4所列方法獲得Λ 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Λ 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，計算次數數值上 等于所有支承索的數量，有N根支承索就有N次計算，每一次計算假設索系統中只有一根支承索在原有損傷的基礎上再增加單位損傷，每一次計算中出現損傷的支承索不同于其它次計算中出現損傷的支承索，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Diu”記錄所有索的假定的單位損傷，向量Diu的元素編號規則與向量d。的元素的編號規則相同，每一次計算得到索結構中所有被監測量的當前數值，每一次計算得到的所有被監測量的當前數值組成一個“被監測量計算當前數值向量”;當假設第j根支承索有單位損傷時，可用表示對應的“被監測量計算當前數值向量”;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“被監測量的數值變化向量δ Ci/;有N根支承索就有N個“被監測量的數值變化向量”； h4.由這N個“被監測量的數值變化向量”依次組成有N列的“單位損傷被監測量數值變化矩陣“單位損傷被監測量數值變化矩陣AC1”的每一列對應于一個“被監測量的數值變化向量”；“單位損傷被監測量數值變化矩陣”的列的編號規則與索系統初始損傷向量d。的元素編號規則相同； i.定義當前名義損傷向量屮。和當前實際損傷向量屮，(和Cli的元素個數等于支承索的數量，Clic和Cli的元素和支承索之間是一一對應關系，Clic和Cli的元素數值代表對應支承索的損傷程度或健康狀態，Clic和Cli與索系統初始損傷向量do的元素編號規則相同，Clic的元素、Cli的元素與d。的元素是一一對應關系； j.依據被監測量當前數值向量Ci同“被監測量當前初始數值向量C1。”、“單位損傷被監測量數值變化矩陣AC1”和“當前名義損傷向量屮。”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; Γ=(:+ΛΓ·4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；式2中j=l，2，3，.......,N,當前實際損傷向量Cli的第j個元素Clij的數值為O時表示第j根支承索無健康問題，Clij數值不為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，其數值反應了松弛或損傷的程度；索系統當前實際損傷向量Cli的元素數值不小于O、不大于100%，索系統當前實際損傷向量Cli的元素數值代表對應支承索的損傷程度，若索系統當前實際損傷向量Cli的某一元素的數值為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態溫度數據向量Ti條件下的在第k步獲得的索系統當前實際損傷向量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態溫度數據向量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態溫度數據向量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，利用當前索結構穩態溫度數據向量Ti表示的支承索當前穩態溫度數據，利用在第c步獲得的在初始索結構穩態溫度數據向量T。表示的支承索初始穩態溫度數據，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，計入溫度變化對支承索物理、力學和幾何參數的影響，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、密度及材料的力學特性參數相同；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，索結構不會發生任何變化，反之亦然；依據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t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；Bi 丨· · · " · · · 4]Γ式 3Jo,如果 d'cj<Dni''如果A之Rlj式4中元素Bij是標識向量Bi的第j個元素，Diuj是名義單位損傷向量Diu的第j個元素，Clicj是索系統當前名義損傷向量(的第j個元素，它們都表示第j根支承索的相關信息，式 4 中 j = 1，2，3，......，N ；ο.如果標識向量B1的元素全為O,則回到步驟f繼續本次循環；如果標識向量B1的元素不全為0，則進入下一步、即步驟P ;P.根據式5計算得到下一次、即第i+Ι次循環所需的索系統當前初始損傷向量di+1。的每一個元素；式 5 式5中CT1tjj是下一次、即第i+Ι次循環所需的索系統當前初始損傷向量di+1。的第j個元素，Clioj是本次、即第i次循環的索系統當前初始損傷向量t的第j個元素，Diuj是第i次循環的名義單位損傷向量Diu的第j個元素，Bij是第i次循環的標識向量Bi的第j個元素，式5中j=l, 2, 3，……,N； q.取下一次、即第i+Ι次循環所需的當前初始索結構穩態溫度數據向量Ti+1。等于第i次循環的當前初始索結構穩態溫度數據向量Titj ； r.在初始力學計算基準模型A。的基礎上，先對A。中的索結構支座施加當前支座廣義位移約束，當前支座廣義位移約束的數值就取自支座廣義位移向量V中對應元素的數值，再對A。中的索結構施加溫度變化，施加的溫度變化的數值就取自穩態溫度變化向量S，再令索的健康狀況為di+1。后得到的就是下一次、即第i+Ι次循環所需的力學計算基準模型Ai+1 ；得到Ai+1后，通過力學計算得到Ai+1中所有被監測量的、當前的具體數值，這些具體數值組成下一次、即第i+Ι次循環所需的被監測量當前初始數值向量Ci+1。；下一次、即第i+Ι次循環所需的當前初始索結構支座廣義坐標向量Ui+1。等于第i次循環的當前初始索結構支座廣義坐標向量U1。； s.回到步驟f，開始下一次循環。
全文摘要
支座廣義位移溫度變化應變監測的松弛索遞進式識別方法基于應變監測、通過監測支座廣義位移、監測索結構溫度、環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。依據被監測量的當前數值向量同被監測量當前初始數值向量、單位損傷被監測量數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，可以利用多目標優化算法等算法快速算出當前名義損傷向量的非劣解，據此可以在有支座廣義位移和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G01B21/32GK102928243SQ20121037937
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者韓玉林, 王芳, 韓佳邑 申請人:東南大學