[发明专利]一种基于混合监测的索结构健康监测方法

说明书

技术领域

本发明基于结构健康监测技术，基于混合监测来识别支座位移、识别索结构的 索系统中的受损索、识别需调整索力的支承索，并给出具体的索长调整量，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，索系统的损伤和松弛也将对 结构的安全造成不良影响，严重时将会引起结构的失效，因此准确及时地识别支座 位移、受损索和松弛索(即需调整索力的支承索)是非常必要的。

索结构出现支座位移、受损索和松弛索后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， 因此可以通过对这些不同类型的结构的特征参量的变化的混合监测来判断结构的健 康状态，本发明将所有被监测的结构特征参量统称为“被监测量”，由于此时被监测 量是由结构的不同类型的可测量参数混合组成，本发明称此为混合监测，也就是说 可以利用混合监测来识别支座位移、受损索和松弛索。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种基于混合监测的索结构健康监测方法，能够合 理有效地识别支座位移、受损索和松弛索的健康监测。

技术方案：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，依据支承索的索力变化的原因，可将支承索的索力变化分为三种情况：一 是支承索受到了损伤，例如支承索出现了局部裂纹和锈蚀等等；二是支承索并无损 伤，但索力也发生了变化，出现这种变化的主要原因之一是支承索自由状态(此时 索张力也称索力为0)下的索长度(称为自由长度，本发明专指支承索两支承端点 间的那段索的自由长度)发生了变化；三是支承索并无损伤，但索结构支座有了位 移(其中在重力方向的分量就被称为沉降)，也会引起结构内力的变化，当然也就会 引起索力的变化。为了方便，本发明将自由长度发生变化的支承索统称为松弛索。

本发明由两大部分组成。分别是：一、建立用于识别支座位移、受损索和松弛 索的健康监测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于被监测 量等量的监测的、识别索结构的支座位移、受损索和松弛索的方法。二、健康监测 系统的软件和硬件部分。

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，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。

本发明的第一部分：建立用于识别索结构支座位移、受损索和松弛索的健康监 测系统所需的知识库和参量的方法、基于知识库(含参量)、基于实测索结构支座坐 标的、基于被监测量等量的监测的、识别索结构的支座位移、受损索和松弛索的方 法。可按如下方法进行，以获得更准确的索结构的健康状态评估。

第一步：首先建立索结构初始健康状态向量d_o、建立索结构的初始力学计算基 准模型A_o(例如有限元基准模型，在本发明中A_o是不变的)。

索结构“初始健康状态向量记为d_o”(如式(1)所示)，用d_o表示索结构(用 索结构的初始力学计算基准模型A_o表示)的健康状态。

d_o＝[d_o1 d_o2···d_oi···d_oN]^T    (1)