[发明专利]基于索力监测的识别受损索和支座位移的健康监测方法

说明书

技术领域

斜拉桥、悬索桥、桁架结构等结构有一个共同点，就是它们有许多承受拉伸载荷的部件，如斜拉索、主缆、吊索、拉杆等等，该类结构的共同点是以索、缆或仅承受拉伸载荷的杆件为支承部件，为方便起见本发明将该类结构表述为“索结构”。在索结构的服役过程中，索结构的支承系统(指所有承载索、及所有起支承作用的仅承受拉伸载荷的杆件，为方便起见，本专利将该类结构的全部支承部件统一称为“索系统”，但实际上索系统不仅仅指支承索，也包括仅承受拉伸载荷的杆件)会受损，同时索结构的支座也可能出现位移，这些变化对索结构的安全是一种威胁，本发明基于结构健康监测技术，基于索力监测来识别支座位移和索结构的索系统中的受损索，属工程结构健康监测领域。

背景技术

支座位移对索结构安全是一项重大威胁，同样的，索系统通常是索结构的关键组成部分，它的失效常常带来整个结构的失效，基于结构健康监测技术来识别支座位移和索结构的索系统中的受损索是一种极具潜力的方法。当支座出现位移时、或索系统的健康状态发生变化时、或者两种情况同时发生时，会引起结构的可测量参数的变化，例如会引起索力的变化，会影响索结构的变形或应变，会影响索结构的形状或空间坐标，会引起过索结构的每一点的任意假想直线的角度坐标的变化(例如结构表面任意一点的切平面中的任意一根过该点的直线的角度坐标的变化，或者结构表面任意一点的法线的角度坐标的变化)，所有的这些变化都包含了索系统的健康状态信息，实际上这些可测量参数的变化包含了索系统的健康状态信息、包含了支座位移信息，也就是说可以利用结构的可测量参数来识别支座位移和受损索。

为了能对索结构的索系统的健康状态和支座位移有可靠的监测和判断，必须有一个能够合理有效的建立索结构的可测量参数的变化同支座位移和索系统中所有索的健康状况间的关系的方法，基于该方法建立的健康监测系统可以给出更可信的支座位移评估和索系统的健康评估。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种基于索力监测的识别受损索和支座位移的健康监测方法。该方法可以同时识别出索结构支座位移和索系统的健康状态(包括所有受损索的位置和损伤程度)。

技术方案：设索的数量和支座位移分量的数量之和为N。为叙述方便起见，本发明统一称被评估的索和支座位移为“被评估对象”，给被评估对象连续编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本发明用用变量i表示这一编号，i＝1，2，3，...，N，因此可以说有N个被评估对象。

设索系统中共有M₁根支承索，结构索力数据包括这M₁根支承索的索力，显然M₁小于被评估对象的数量N。仅仅通过M₁个支承索的M₁个索力数据来求解未知的N个被评估对象的状态是不可能的，本发明在监测全部M₁根支承索索力的基础上，增加对不少于(N-M₁)个其他被监测量。

增加的不少于(N-M₁)个的其他被监测量仍然是索力，叙述如下：

在结构上人为增加M₂(M₂不小于N-M₁)根索，新增加的M₂根索的刚度同索结构的任意一根支承索的刚度相比，可以小很多，例如小10倍，新增加的M₂根索的索力应当较小，例如其横截面正应力应当小于其疲劳极限，这些要求可以保证新增加的M₂根索不会发生疲劳损伤，新增加的M₂根索的两端应当充分锚固，保证不会出现松弛，新增加的M₂根索应当得到充分的防腐蚀保护，保证新增加的M₂根索不会发生损伤和松弛，在结构健康监测过程中将监测这新增加的M₂根索的索力。

综合上述被监测量，整个结构共有M(M＝M₁+M₂)根索的M个被监测量，M不得小于被评估对象的数量N。由于M个被监测量都是索力，所以本发明称为“基于索力监测的识别受损索和支座位移的健康监测方法”。

为方便起见，在本发明中将“结构的被监测的所有参量”简称为“被监测量”。给M个被监测量连续编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵。本发明用用变量j表示这一编号，j＝1，2，3，...，M。