【技術實現步驟摘要】
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。
技術介紹
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...
【技術保護點】
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b1至b3進行；b1：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...
【技術特征摘要】
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...
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