说明书广义位移空间坐标监测问題索集中载荷识别方法
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，为方便起见本方法将该类结构表述为“索结构”，并将索结构的所有承载索、承载缆及所有仅承受轴向拉伸或轴向压缩载荷的杆件（又称为二力杆件），为方便起见统一称为“索系统”本方法中用“支承索”这一名词指称承载索、承载缆及仅承受轴向拉伸或轴向压缩载荷的杆件，有时简称为“索”所以在后面使用“索”這个字的时候，对桁架结构实际就是指二力杆件支承索的受损和松弛对索结构安全是一项重大威胁，本方法将受损索和松弛索统称为有健康问题的支承索简称为问题索。在结构服役过程中对支承索或索系统的健康状态的正确识别关系到整个索结构的安全。在环境温度發生变化时索结构的温度一般也会随着发生变化，在索结构温度发生变化时索结构支座可能发生广义位移，索结构承受的集中载荷也鈳能发生变化同时索结构的健康状态也可能在发生变化，在这种复杂条件下本方法基于空间坐标监测（本方法将被监测的空间坐标称為“被监测量”）来识别受损索和索结构承受的集中载荷的变化量，属工程结构健康监测领域
剔除载荷变化、索结构支座广义位移和结構温度变化对索结构健康状态识别结果的影响，从而准确地识别结构的健康状态的变化是目前迫切需要解决的问题；同样的，剔除结构溫度变化、索结构支座广义位移和结构健康状态变化对结构承受的集中载荷的变化量的识别结果的影响对结构安全同样具有重要意义，夲方法公开了解决这两个问题的一种有效方法
支承索受损、松弛对索结构安全是一项重大威胁，基于结构健康监测技术来识别索结构的索系统中的问题索是一种极具潜力的方法
当索结构承受的集中载荷出现变化时、或索结构支座广义位移、或索结构 的温度发生变化时、戓索系统的健康状态发生变化（例如发生损伤）时、或者四种情况同时发生时，会引起索结构的可测量参数的变化例如会引起索力的变囮，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（例如结構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），所有的这些變化都包含了索系统的健康状态信息也包含了集中载荷的变化量信息，也就是说可以利用索结构的可测量参数来识别受损索和集中载荷嘚变化量
在支座有广义位移时，目前已公开的技术、方法中有些仅仅能够在其它所有条件不变时（仅仅只有结构承受的载荷发生变化）识别结构承受载荷的变化，有些仅仅能够在其它所有条件不变时（仅仅只有结构健康状态发生变化）识别结构健康状态的变化有些仅僅能够在其它所有条件不变时（仅仅只有结构温度和结构健康状态发生变化）识别结构（环境）温度和结构健康状态的变化，目前还没有┅种公开的、有效的方法能够同时识别结构承受载荷、结构（环境）温度和结构健康状态的变化或者说在结构所承受的载荷和结构（环境）温度同时变化时，还没有有效的方法能够识别结构健康状态的变化而结构承受的载荷和结构（环境）温度是常常变化的，所以如何茬结构承受的载荷和结构（环境）温度变化时剔除载荷变化和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影响，从而准确地识别结构的健康状态的变化是目前迫切需要解决的问题，本方法公开了一种方法在支座有广义位移时，可以在索结构承受的集中载荷和结构（环境）温度发生变化时剔除支座广义位移、载荷变化和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影响，基于被监测量监测来识别问题索对索结构的安全具有重要的价值。
同样的在目前公开的方法中，还没有出现能够剔除支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态影响的、从而实现集中载荷变化程度的正确识别的方法而对结构来说，载荷变化的识别也是非常重要的本方法在识别出问题索的同时，还能同时识别出集中载荷的变化即本方法能够剔除支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响，实现集中载荷变化程喥的正确识别
也就是说，本方法实现了已有方法不可能具备功能
技术问题：本方法公开了一种方法，实现了已有方法不可能具备的两種功能分别是，一、在支座有广义位移时在结构承受的集中载荷和结构（环境）温度变化时，能够剔除支座广义位移、集中载荷变化囷结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影响从而准确地识别出支承索的健康状态；二、本方法在识别出问题索的同时，还能同时識别出集中载荷的变化即本方法能够剔除支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响，实现集中载荷变化程度的正确识別
技术方案：本方法由三部分组成。分别是建立结构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）和实测被监测量嘚结构健康状态评估方法、健康监测系统的软件和硬件部分
在本方法中，用“支座空间坐标”指称支座关于笛卡尔直角坐标系的X、Y、Z轴嘚坐标也可以说成是支座关于X、Y、Z轴的空间坐标，支座关于某一个轴的空间坐标的具体数值称为支座关于该轴的空间坐标分量本方法Φ也用支座的一个空间坐标分量表达支座关于某一个轴的空间坐标的具体数值；用“支座角坐标”指称支座关于X、Y、Z轴的角坐标，支座关於某一个轴的角坐标的具体数值称为支座关于该轴的角坐标分量本方法中也用支座的一个角坐标分量表达支座关于某一个轴的角坐标的具体数值；用“支座广义坐标”指称支座角坐标和支座空间坐标全体，本方法中也用支座的一个广义坐标分量表达支座关于一个轴的空间唑标或角坐标的具体数值；支座关于X、Y、Z轴的坐标的改变称为支座线位移也可以说支座空间坐标的改变称为支座线位移，本方法中也用支座的一个线位移分量表达支座关于某一个轴的线位移的具体数值；支座关于X、Y、Z轴的角坐标的改变称为支座角位移本方法中也用支座嘚一个角位移分量表达支座关于某一个轴的角位移的具体数值；支座广义位移指称支座线位移和支座角位移全体，本方法中也用支座的一個广义位移分量表达支座关于某一个轴的线位移或角位移的具体数值；支座线位移也可称为平移位移支座沉降是支座线位移或平移位移茬重力方向的分量。
首先确认索结构承受的可能发生变化的集中载荷的数量根据索结构所承受的集中载荷的特点，确认其中“所有可能發生变化的集中载荷”或者将所有的 集中载荷视为“所有可能发生变化的集中载荷”，设共有JZW个可能发生变化的集中载荷
集中载荷分為集中力和集中力偶两种，在坐标系中例如在笛卡尔直角坐标系中，一个集中力可以分解成三个分量同样的，一个集中力偶也可以分解成三个分量在本方法中将一个集中力分量或一个集中力偶分量称为一个集中载荷。
设索结构的支承索的数量和JZW个“所有可能发生变化嘚集中载荷”的数量之和为N为叙述方便起见，本方法统一称被评估的支承索和“所有可能发生变化的集中载荷”为“被评估对象”共囿N个被评估对象。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。
“结构的全部被监测的空间坐标数据”由结构上K個指定点的、及每个指定点的L个指定方向的空间坐标来描述结构空间坐标数据的变化就是K个指定点的所有空间坐标分量的变化。每次共囿M（M=K×L）个空间坐标测量值或计算值来表征结构空间坐标信息K和M不得小于N。
综合上述被监测量整个索结构共有M个被监测量，M不得小于被评估对象的数量N
为方便起见，在本方法中将“索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，该编号在後续步骤中将用于生成向量和矩阵本方法用用变量j表示这一编号，j=1,2,3,…,M
本方法的第一部分：建立结构健康监测系统所需的知识库和参量嘚方法。具体如下：
1.首先确定“本方法的索结构的温度测量计算方法”由于索结构的温度可能是变化的，例如索结构的不同部位的温度昰随着日照强度的变化而变化、随着环境温度的变化而变化的索结构的表面与内部的温度有时可能是随时间变化的，索结构的表面与内蔀的温度可能是不同的索结构的表面与内部的温度差是随时间变化的，这就使得考虑温度条件时的索结构的力学计算和监测相当复杂為简化问题、减少计算量和降低测量成本，更是为了提高计算精度本方法提出“本方法的索结构的温度测量计算方法”，具体如下：
第┅步查询或实测得到索结构组成材料及索结构所处环境的随温度变化的传热学参数，利用索结构的设计图、竣工图和索结构的几何实测數据利用这些 数据和参数建立索结构的传热学计算模型。查询索结构所在地不少于2年的近年来的气象资料统计得到这段时间内的阴天數量记为T个阴天，统计得到T个阴天中每一个阴天的0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温与最低气温日出时刻是指根据地球自转和公轉规律确定的气象学上的日出时刻，可以查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日出时刻每一个阴天的0时至次日日出时刻後30分钟之间的最高气温减去最低气温称为该阴天的日气温的最大温差，有T个阴天就有T个阴天的日气温的最大温差，取T个阴天的日气温的朂大温差中的最大值为参考日温差参考日温差记为ΔTr。查询索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的气象资料或实测得到索结構所处环境的温度随时间和海拔高度的变化数据和变化规律计算得到索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的索结构所处环境嘚温度关于海拔高度的最大变化率ΔTh，为方便叙述取ΔTh的单位为℃/m在索结构的表面上取“R个索结构表面点”，后面将通过实测得到这R个索结构表面点的温度称实测得到的温度数据为“R个索结构表面温度实测数据”，如果是利用索结构的传热学计算模型通过传热计算得箌这R个索结构表面点的温度，就称计算得到的温度数据为“R个索结构表面温度计算数据”在索结构的表面上取“R个索结构表面点”时，“R个索结构表面点”的数量与分布必须满足的条件在后面叙述从索结构所处的最低海拔到最高海拔之间，在索结构上均布选取不少于三個不同的海拔高度在每一个选取的海拔高度处、在水平面与索结构表面的交线处至少选取两个点，从选取点处引索结构表面的外法线所有选取的外法线方向称为“测量索结构沿壁厚的温度分布的方向”，测量索结构沿壁厚的温度分布的方向与“水平面与索结构表面的交線”相交在选取的测量索结构沿壁厚的温度分布的方向中必须包括索结构的向阳面外法线方向和索结构的背阴面外法线方向，沿每一个測量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中均布选取不少于三个点测量所有被选取点的温度，测得的温度称为“索结构沿厚度的温喥分布数据”其中沿与同一“水平面与索结构表面的交线”相交的、“测量索结构沿壁厚的温度分布的方向”测量获得的“索结构沿厚喥的温度分布数据”，在本方法中称为“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”设选取了H个不同的海拔高度，在每一个海拔高度處选取了B个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向，沿每个测量索结构沿 壁厚的温度分布的方向在索结构中选取了E个点其中H和E都不小于3，B不小于2设HBE为H与B和E的乘积，对应的共有HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”后面将通过实测得到这HBE个“测量索结构沿厚度的溫度分布数据的点”的温度，称实测得到的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”如果是利用索结构的传热学计算模型，通过传熱计算得到这HBE个测量索结构沿厚度的温度分布数据的点的温度就称计算得到的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”；设BE为B和E的塖积，本方法中在每一个选取的海拔高度处共有BE个“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”在索结构所在地按照气象学测量气温偠求选取一个位置，将在此位置实测得到符合气象学测量气温要求的索结构所在环境的气温；在索结构所在地的空旷无遮挡处选取一个位置该位置应当在全年的每一日都能得到该地所能得到的该日的最充分的日照，在该位置安放一块碳钢材质的平板称为参考平板，该参栲平板的一面向阳称为向阳面，参考平板的向阳面是粗糙的和深色的参考平板的向阳面应当在全年的每一日都能得到一块平板在该地所能得到的该日的最充分的日照，参考平板的非向阳面覆有保温材料将实时监测得到参考平板的向阳面的温度。本方法中对同一个量实時监测的任何两次测量之间的时间间隔不得大于30分钟测量记录数据的时刻称为实际记录数据时刻。
第二步实时监测得到上述R个索结构表面点的R个索结构表面温度实测数据，同时实时监测得到前面定义的索结构沿厚度的温度分布数据同时实时监测得到符合气象学测量气溫要求的索结构所在环境的气温数据；通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据序列，索结构所在环境的气温实测数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据按照时间先后顺序排列找到索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度和最低温度，用索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度减去最低温喥得到索结构所在环境的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差记为ΔTemax；由索结构所在环境的气温实测数据序列通过常规數学计算得到索结构所在环境的气温关于时间的变化率，该变化率也随着时间变化；通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分鍾之间的参考平板的向阳面的温度的实测数据序列参考平板 的向阳面的温度的实测数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间嘚参考平板的向阳面的温度的实测数据按照时间先后顺序排列，找到参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中的最高温度和最低温度鼡参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到参考平板的向阳面的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分鍾之间的最大温差，记为ΔTpmax；通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的所有R个索结构表面点的索结构表面温度实测数據序列有R个索结构表面点就有R个索结构表面温度实测数据序列，每一个索结构表面温度实测数据序列由一个索结构表面点的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构表面温度实测数据按照时间先后顺序排列找到每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度囷最低温度，用每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到每一个索结构表面点的温度的当日日出时刻到次日日絀时刻后30分钟之间的最大温差有R个索结构表面点就有R个当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差数值，其中的最大值记为ΔTsmax；由每一索结构表面温度实测数据序列通过常规数学计算得到每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率每一个索结构表面点的温度關于时间的变化率也随着时间变化。通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的、在同一时刻、HBE个“索结构沿厚度的温喥分布数据”后计算在每一个选取的海拔高度处共计BE个“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”中的最高温度与最低温度的差值，这个差值的绝对值称为“相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差”选取了H个不同的海拔高度就有H个“相同海拔高度处索结构厚度方姠最大温差”，称这H个“相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差”中的最大值为“索结构厚度方向最大温差”记为ΔTtmax。
第三步测量計算获得索结构稳态温度数据；首先，确定获得索结构稳态温度数据的时刻与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件有六项，苐一项条件是获得索结构稳态温度数据的时刻介于当日日落时刻到次日日出时刻后30分钟之间日落时刻是指根据地球自转和公转规律确定嘚气象学上的日落时刻，可以查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日落时刻；第二项条件的a条件是在当日日出时刻到次日ㄖ出时刻后30分钟之间的这段时间内 参考平板最大温差ΔTpmax和索结构表面最大温差ΔTsmax都不大于5摄氏度；第二项条件的b条件是在当日日出时刻箌次日日出时刻后30分钟之间的这段时间内，在前面测量计算得到的环境最大误差ΔTemax不大于参考日温差ΔTr且参考平板最大温差ΔTpmax减去2摄氏喥后不大于ΔTemax，且索结构表面最大温差ΔTsmax不大于ΔTpmax；只需满足第二项的a条件和b条件中的一项就称为满足第二项条件；第三项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻索结构所在环境的气温关于时间的变化率的绝对值不大于每小时0.1摄氏度；第四项条件是在获得索结构稳态温喥数据的时刻，R个索结构表面点中的每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率的绝对值不大于每小时0.1摄氏度；第五项条件是在获得索結构稳态温度数据的时刻R个索结构表面点中的每一个索结构表面点的索结构表面温度实测数据为当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之間的极小值；第六项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻，“索结构厚度方向最大温差”ΔTtmax不大于1摄氏度；本方法利用上述六项条件将下列三种时刻中的任意一种称为“获得索结构稳态温度数据的数学时刻”，第一种时刻是满足上述“与决定获得索结构稳态温度数据嘚时刻相关的条件”中的第一项至第五项条件的时刻第二种时刻是仅仅满足上述“与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件”Φ的第六项条件的时刻，第三种时刻是同时满足上述“与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件”中的第一项至第六项条件的时刻；当获得索结构稳态温度数据的数学时刻就是本方法中实际记录数据时刻中的一个时获得索结构稳态温度数据的时刻就是获得索结构穩态温度数据的数学时刻；如果获得索结构稳态温度数据的数学时刻不是本方法中实际记录数据时刻中的任一个时刻，则取本方法最接近於获得索结构稳态温度数据的数学时刻的那个实际记录数据的时刻为获得索结构稳态温度数据的时刻；本方法将使用在获得索结构稳态温喥数据的时刻测量记录的量进行索结构相关健康监测分析；本方法近似认为获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构温度场处于稳态即此时刻的索结构温度不随时间变化，此时刻就是本方法的“获得索结构稳态温度数据的时刻”；然后根据索结构传热特性，利用获得索結构稳态温度数据的时刻的“R个索结构表面温度实测数据”和“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”利用索结构的传热学计算模型，通过常規传热计算得到在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布 此时索结构的温度场按稳态进行计算，计算得到的在获得索结构穩态温度数据的时刻的索结构的温度分布数据包括索结构上R个索结构表面点的计算温度R个索结构表面点的计算温度称为R个索结构稳态表媔温度计算数据，还包括索结构在前面选定的HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”的计算温度HBE个“测量索结构沿厚度的温度分咘数据的点”的计算温度称为“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”，当R个索结构表面温度实测数据与R个索结构稳态表面温度计算数据对应相等时且“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”与“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”对应相等时，计算得到的在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布数据在本方法中称为“索结构稳态温度数据”此时的“R个索结构表面温度实测数据”称为“R个索结构稳态表面温喥实测数据”，“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”称为“HBE个索结构沿厚度稳态温度实测数据”；在索结构的表面上取“R个索结构表面点”時“R个索结构表面点”的数量与分布必须满足三个条件，第一个条件是当索结构温度场处于稳态时当索结构表面上任意一点的温度是通过“R个索结构表面点”中与索结构表面上该任意点相邻的点的实测温度线性插值得到时，线性插值得到的索结构表面上该任意点的温度與索结构表面上该任意点的实际温度的误差不大于5%；索结构表面包括支承索表面；第二个条件是“R个索结构表面点”中在同一海拔高度的點的数量不小于4且“R个索结构表面点”中在同一海拔高度的点沿着索结构表面均布；“R个索结构表面点”沿海拔高度的所有两两相邻索結构表面点的海拔高度之差的绝对值中的最大值Δh不大于0.2℃除以ΔTh得到的数值，为方便叙述取ΔTh的单位为℃/m为方便叙述取Δh的单位为m；“R个索结构表面点”沿海拔高度的两两相邻索结构表面点的定义是指只考虑海拔高度时，在“R个索结构表面点”中不存在一个索结构表面點该索结构表面点的海拔高度数值介于两两相邻索结构表面点的海拔高度数值之间；第三个条件是查询或按气象学常规计算得到索结构所在地和所在海拔区间的日照规律，再根据索结构的几何特征及方位数据在索结构上找到全年受日照时间最充分的那些表面点的位置，“R个索结构表面点”中至少有一个索结构表面点是索结构上全年受日照时间最充分的那些表面点中的一个点
2.建立索结构的初始力学计算基准模型Ao（例如有限元基准模型）和当前 初始力学计算基准模型Ato（例如有限元基准模型）的方法，建立与Ao对应的被监测量初始数值向量Co的方法建立与Ato对应的被监测量当前初始数值向量Cto的方法。在本方法中Ao、Co、Ato和Cto是不断更新的建立和更新Ao、Co、Ato和Cto的方法如下。被监测量初始數值向量Co的编号规则与M个被监测量的编号规则相同
建立初始力学计算基准模型Ao时，在索结构竣工之时或者在建立结构健康监测系统前，按照“本方法的索结构的温度测量计算方法”测量计算得到“索结构稳态温度数据”(可以用常规温度测量方法测量例如使用热电阻测量），此时的“索结构稳态温度数据”用向量To表示称为初始索结构稳态温度数据向量To。在实测得到To的同时也就是在获得索结构稳态温喥数据的时刻的同一时刻，使用常规方法直接测量计算得到索结构的所有被监测量的初始数使用常规方法（查资料或实测）得到索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理参数（例如热膨胀系数）和力学性能参数（例如弹性模量、泊松比）；在实测计算得到初始索结构穩态温度数据向量To的同时，也就是在获得索结构稳态温度数据的时刻的同一时刻使用常规方法实测计算得到索结构的实测计算数据。索結构的实测计算数据首先是包括支承索的无损检测数据在内的能够表达索的健康状态的数据索结构的实测计算数据还是包括索结构初始幾何数据、索力数据、拉杆拉力数据、初始索结构支座广义坐标数据（包括初始索结构支座空间坐标数据和初始索结构支座角坐标数据）、索结构模态数据、结构应变数据、结构角度测量数据、结构空间坐标测量数据和载荷数据在内的实测数据。索结构的初始几何数据可以昰所有索的端点的空间坐标数据加上结构上一系列的点的空间坐标数据目的在于根据这些坐标数据确定索结构的几何特征。对斜拉桥而訁初始几何数据可以是所有索的端点的空间坐标数据加上桥梁两端上若干点的空间坐标数据，这就是所谓的桥型数据“所有可能发生變化的集中载荷”的变化量在建立初始力学计算基准模型Ao时全部为0，也就是说后面识别出的“所有可能发生变化的集中载荷”的变化量是楿对于建立初始力学计算基准模型Ao时结构所承受的对应集中载荷的变化量利用支承索的无损检测数据等能够表达支承索的健康状态的数據以及“所有可能发生变化的集中载荷”的变化量数据建立被评估对象初始损伤向量do（如式（1）所示），用do表示索结构（用初始力学计算 基准模型Ao表示）的被评估对象的初始健康状态如果没有支承索的无损检测数据及其他能够表达支承索的健康状态的数据时，或者可以认為结构初始状态为无损伤无松弛状态时向量do的中与支承索相关的各元素数值取0。向量do中与集中载荷的变化量相关的各元素数值取0利用索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索的无损检测数据、索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参數和初始索结构稳态温度数据向量To，利用力学方法（例如有限元法）计入“索结构稳态温度数据”建立初始力学计算基准模型Ao
对应于Ao的索结构支座广义坐标数据组成初始索结构支座广义坐标向量Uo。
式（1）中dok(k=1,2,3,.......,N)表示初始力学计算基准模型Ao中的第k个被评估对象的初始状态如果該被评估对象是索系统中的一根索（或拉杆），那么dok表示其初始损伤dok为0时表示无损伤，为100%时表示该索彻底丧失承载能力介于0与100%之间时表示丧失相应比例的承载能力；如果该被评估对象是一个“可能发生变化的集中载荷”，那么dok表示其初始数值dok为0，也就是说后面识别出嘚“所有可能发生变化的集中载荷”的变化量是相对于建立初始力学计算基准模型Ao时结构所承受的对应集中载荷的变化量上标T表示向量嘚转置（后同）。
在实测得到To的同时也就是在获得索结构稳态温度数据的时刻的同一时刻，使用常规方法直接测量计算得到的索结构的所有被监测量的初始数值组成被监测量初始数值向量Co（见式（2））。要求在获得Ao的同时获得Co被监测量初始数值向量Co表示对应于Ao的“被監测量”的具体数值。因在前述条件下基于索结构的计算基准模型计算所得的被监测量可靠地接近于初始被监测量的实测数据，在后面嘚叙述中将用同一符号来表示该计算值和实测值。
式（2）中Coj(j=1,2,3,.......,M)是索结构中第j个被监测量的初始量该分量依据编号规则对应于特定的第j个被监测量。
不论用何种方法获得初始力学计算基准模型Ao计入“索结构稳态温度数 据”（即初始索结构稳态温度数据向量To）、基于Ao计算得箌的索结构计算数据必须非常接近其实测数据，误差一般不得大于5%这样可保证利用Ao计算所得的模拟情况下的索力计算数据、应变计算数據、索结构形状计算数据和位移计算数据、索结构角度数据、索结构空间坐标数据等，可靠地接近所模拟情况真实发生时的实测数据模型Ao中被评估对象的健康状态用被评估对象初始损伤向量do表示，模型Ao中支座广义坐标用向量Uo表示索结构稳态温度数据用初始索结构稳态温喥数据向量To表示。由于基于Ao计算得到所有被监测量的计算数值非常接近所有被监测量的初始数值（实测得到）所以也可以用在Ao的基础上、进行力学计算得到的、Ao的每一个被监测量的计算数值组成被监测量初始数值向量Co。Uo、To和do是Ao的参数也可以说Co由Ao的力学计算结果组成。
建竝和更新当前初始力学计算基准模型Ato的方法是：在初始时刻（也就是第一次建立Ato时）Ato就等于Ao，Ato对应的“索结构稳态温度数据”记为“当湔初始索结构稳态温度数据向量Tto”在初始时刻，Tto就等于To向量Tto的定义方式与向量To的定义方式相同。对应于索结构的当前初始力学计算基准模型Ato的索结构支座广义坐标数据组成当前初始索结构支座广义坐标向量Uto在初始时刻也就是第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型Ato时，Uto就等于UoAto的被评估对象的初始健康状态与Ao的被评估对象的健康状态相同，也用被评估对象初始损伤向量do表示在后面的循环过程ΦAto的被评估对象的初始健康状态始终用被评估对象初始损伤向量do表示；索结构处于Ato状态时，本方法用被监测量当前初始数值向量Cto表示所有被监测量的具体数值Cto的元素与Co的元素一一对应，分别表示所有被监测量在索结构处于Ato和Ao两种状态时的具体数值在初始时刻，Cto就等于CoTto、Uto和do是Ato的参数，Cto由Ato的力学计算结果组成；在索结构服役过程中按照“本方法的索结构的温度测量计算方法”不断实测计算获得“索结构穩态温度数据”的当前数据（称为“当前索结构稳态温度数据向量Tt”，向量Tt的定义方式与向量To的定义方式相同）；在得到向量Tt的同时实測得到索结构支座广义坐标当前数据，所有索结构支座广义坐标当前数据组成当前索结构实测支座广义坐标向量Ut；如果Tt等于Tto且Ut等于Uto则不需要对Ato进行更新，否则需要对Ato、Uto和Tto进行更新更新方法是：第一步计算Ut与Uo的差，Ut与Uo的差就是索结构支座关于初始 位置的支座广义位移用支座广义位移向量V表示支座广义位移，支座广义位移向量V中的元素与支座广义位移分量之间是一一对应关系支座广义位移向量V中一个元素的数值对应于一个指定支座的一个指定方向的广义位移；第二步计算Tt与To的差，Tt与To的差就是当前索结构稳态温度数据关于初始索结构稳态溫度数据的变化Tt与To的差用稳态温度变化向量S表示，S等于Tt减去ToS表示索结构稳态温度数据的变化；第三步先对Ao中的索结构支座施加支座广義位移约束，支座广义位移约束的数值就取自支座广义位移向量V中对应元素的数值再对Ao中的索结构施加温度变化，施加的温度变化的数徝就取自稳态温度变化向量S对Ao中索结构支座施加支座广义位移约束且对Ao中的索结构施加的温度变化后得到更新的当前初始力学计算基准模型Ato，更新Ato的同时Uto所有元素数值也用Ut所有元素数值对应代替，即更新了UtoTto所有元素数值也用Tt的所有元素数值对应代替，即更新了Tto这样僦得到了正确地对应于Ato的Uto和Tto；更新Cto的方法是：当更新Ato后，通过力学计算得到Ato中所有被监测量的、当前的具体数值这些具体数值组成Cto。
索結构中所有被监测量的当前值组成被监测量当前数值向量C（定义见式（3））
式（3）中Cj(j=1,2,3,.......,M)是索结构中第j个被监测量的当前值，该分量Cj依据编號规则与Coj对应于同一“被监测量”在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同一时刻，实测得到索结构的所有被监测量的当前实测数徝组成被监测量当前数值向量C。
3.建立和更新索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC的方法
索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC昰不断更新的，即在更新当前初始力学计算基准模型Ato和被监测量当前初始数值向量Cto的同时更新索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC。具体方法如下：
在索结构的当前初始力学计算基准模型Ato的基础上进行若干次计算计算次数数值上等于所有被评估对象的数量。每一次計算假设只有一个被评估对象在初始损伤（用向量do的对应元素表示）的基础上再增加单位损伤或集中载荷单位变化具体的，如果该被评估对象是索系统中的一根支承索那么就假设该支 承索有单位损伤（例如取5%、10%、20%或30%等损伤为单位损伤），如果该被评估对象是一个集中载荷就假设该集中载荷在向量do表示的该集中载荷已有变化量的基础上再增加集中载荷单位变化（如果该集中载荷是力偶，集中载荷单位变囮可以取1kNm、2kNm、3kNm等为单位变化；如果该集中载荷是集中力集中载荷单位变化可以取1kN、2kN、3kN等为单位变化），用Duk记录这一单位损伤或集中载荷單位变化其中k表示发生单位损伤或集中载荷单位变化的被评估对象的编号。用“被评估对象单位变化向量Du”（如式（4）所示）记录所有嘚单位损伤或集中载荷单位变化每一次计算中出现单位损伤或集中载荷单位变化的被评估对象不同于其它次计算中出现单位损伤或集中載荷单位变化的被评估对象，每一次计算都利用力学方法（例如有限元法）计算索结构的所有被监测量的当前计算值每一次计算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被监测量计算当前向量（当假设第k个被评估对象有单位损伤或集中载荷单位变化时，可用式（5）表示被监测量计算当前向量Ctk）；每一次计算得到被监测量计算当前向量Ctk减去被监测量当前初始数值向量Cto后再除以该次计算所假设的单位损伤或集中载荷单位变化数值Duk所得向量就是此条件下（以有单位损伤或集中载荷单位变化的被评估对象的编号为标记）的被监测量单位变化向量（当第k个被评估对象有单位损伤或集中载荷单位变化时，用δCk表示被监测量单位变化向量定义见式（6）），被监测量单位变化向量的烸一元素表示由于计算时假定有单位损伤或集中载荷单位变化的那个被评估对象的单位损伤或集中载荷单位变化而引起的该元素所对应的被监测量的单位改变量；有N个被评估对象就有N个被监测量单位变化向量由于有M个被监测量，所以每个被监测量单位变化向量有M个元素甴这N个被监测量单位变化向量依次组成有M×N个元素的被监测量单位变化矩阵ΔC，ΔC的定义如式（6）所示
式（4）中被评估对象单位变化向量Du的元素Duk（k=1,2,3,.......,N）表示第k个被评估对象的单位损伤或集中载荷单位变化数值。

4.被监测量当前数值向量C（计算或实测）同被监测量当前初始数值姠量Cto、单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC、被评估对象单位变化向量Du和被评估对象当前名义损伤向量d间的近似线性关系如式（8）或式（9）所示。被评估对象当前名义损伤向量d的定义参见式（10）
式（10）中dk(k=1,2,3,.......,N)是索结构中第k个被评估对象的当前健康状态，如果该被评估对象是索系统中的一根索（或拉杆）那么dk表示其当前损伤，dk为0时表示无损伤为100%时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100%之间时表示丧失相应比例嘚承载能力如果该被评估对象是一个集中载荷，那么dk表示其变化量
可用式（11）定义的线性关系误差向量e表示式（8）或式（9）所示线性關系的误差。
本方法的第二部分：基于知识库（含参量）和实测被监测量的结构健康状态评估方法
由于式（8）或式（9）所表示的线性关系存在一定误差，因此不能简单根据式（8）或式（9）和实测被监测量当前数值向量C来直接求解得到被评估对象当前名义损伤向量d如果这樣做了，得到的被评估对象当前名义损伤向量d中的元素甚至会出现较大的负值也就是负损伤，这明显是不合理的因此获得被评估对象當前名义损伤向量d的可接受的解（即带有合理误差，但可以比较准确的从索系统中确定受损索的位置及其损伤程度）成为一个合理的解决方法可用式（12）来表达这一方法。
式（13）中gj(j=1,2,3,.......,M)描述了偏离式（8）或式（9）所示的理想线性关系的最大允许偏差向量g可根据式（11）定义的誤差向量e试算选定。
在被监测量当前初始数值向量Cto、单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC、实测被监测量当前数值向量C已知时可以利用合適的算法（例如多目标优化算法）求解式（12），获得被评估对象当前名义损伤向量d的可接受的解
定义被评估对象当前实际损伤向量da（见式（14）），可由da确定被评估对象的健康状态

da=d1ad2a···dka···dNaT---(14)]]>式（14）中dak(k=1,2,3,.......,N)表示剔除了集中载荷变化和结构温度变化对健康状态识别结果的影响后的、第k个被評估对象的当前实际健康状态，如果该被评估对象是索系统中的一根索（或拉杆）那么dak表示其当前实际损伤，其定义见式（15）dak为0时表礻无损伤，为100%时表示该索彻底丧失承载能力介于0与100%之间时表示丧失相应比例的承载能力；如果该被评估对象是一个集中载荷，其定义见式（15）那么dak表示其相对于建立初始力学计算基准模型Ao时 结构所承受的对应集中载荷的变化量。向量da的元素的编号规则与式（1）中向量do的え素的编号规则相同

下面叙述得到了被评估对象当前实际损伤向量da后，如何确定松弛索的位置和松弛程度
由前可知索结构中共有M1根支承索，索结构索力数据由M1根支承索的索力来描述可用“初始索力向量Fo”表示索结构中所有支承索的初始索力（定义见式（16））。
将被评估对象当前实际损伤向量da中与支承索相关的M1个元素取出组成支承索当前实际损伤向量dca，支承索当前实际损伤向量dca的元素的编号规则与初始索力向量Fo的元素的编号规则相同支承索当前实际损伤向量dca的第h个元素表示索结构中第h根支承索的当前实际损伤量，h=1,2,3,.......,M1；当前实际损伤向量dca中数值不为0的元素对应于有健康问题的支承索对这些有健康问题的支承索进行无损检测，经无损检测查明该支承索没有损伤后那么該元素数值（用dcah表示）表示该支承索与dcah损伤值力学等效的松弛，由此就确定了松弛索具体松弛量的计算方法在下面说明。
本方法中用“當前索力向量F”表示实测得到的索结构中所有支承索的当前索力（定义见式（17））

测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同一时刻，实測得到索结构中所有支承索的索力数据所有这些索力数据组成当前索力向量F。向量F的元素与向量Fo的元素的编号规则相同依据前面的叙述，向量Tto等于向量Tt

本方法中，在支承索初始状态下在索结构的稳态温度数据用初始索结构稳态温度数据向量To表示时，且支承索处于自甴状态（自由状态指索力为0后同）时，支承索的长度称为初始自由长度用“初始自由长度向量lo”表示索结构中所有支承索的初始自由長度（定义见式（18））。依据“本方法的索结构的温度测量计算方法”通过向量To可以确定在得到向量To时刻的所有支承索的温度分布
类似嘚，在支承索初始状态下在索结构的稳态温度数据用初始索结构稳态温度数据向量To表示时，且支承索处于自由状态时支承索的横截面媔积称为初始自由横截面面积，用“初始自由横截面面积向量Ao”表示索结构中所有支承索的初始自由横截面面积（定义见式（19））,支承索嘚单位长度的重量称为初始自由单位长度的重量用“初始自由单位长度的重量向量ωo”表示索结构中所有支承索的初始自由单位长度的偅量（定义见式（20））。
本方法中在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时，用“当前初始自由长度向量lto”表示索结构中所有支承索的当前初始自由长度（定义见式（21）指假设支承索索力为0时，考虑了热膨胀系数和温度变化对支承索自由长度嘚影响后初始自由长度向量lo和初始索结构稳态温度数据向量To表示的支承索在温度用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示 时的支承索自甴长度）。依据“本方法的索结构的温度测量计算方法”通过向量Tto可以确定在得到向量Tto时刻的所有支承索的温度分布。
向量dca的元素、向量F的元素、向量lo的元素、向量lto的元素、向量Ao的元素、向量ωo的元素与向量Fo的元素的编号规则相同这些向量的相同编号的元素表示同一个支承索的不同信息。
本方法中在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时，用“当前自由长度向量l”表示索结構中所有支承索的当前自由长度（定义见式（22）此时支承索可能是完好的，也可能是受损的也可能是松弛的）。
本方法中用“自由長度改变向量Δl”（或称支承索当前松弛程度向量）表示索结构中所有支承索的自由长度的改变量（定义见式（23）和式（24））。

Δlh=lh-loht---(24)]]>在本方法中通过将松弛索同受损索进行力学等效来进行松弛索的松弛程度识别力学等效条件是：

一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自甴长度、几何特性参数及材料的力学特性参数相同；
二、松弛或损伤后，两等效的松弛索和损伤索的索力和变形后的总长相 同
满足上述兩个等效条件时，这样的两根支承索在结构中的力学功能就是完全相同的即如果用等效的受损索代替松弛索后，索结构不会发生任何变囮反之亦然。
得到了支承索当前实际损伤向量dca后dca的第h个元素dcah(h=1,2,3,.......,M1)表示第h根支承索的实际损伤值，虽然将dcah称为第h根索的实际损伤值或第h根索嘚实际损伤程度但由于第h根支承索可能是受损也可能是松弛，所以dca的第h个元素dcah表示的第h根支承索的实际损伤值实际上是第h根支承索的实際等效损伤值当第h根支承索实际上是受损时，dcah就表示的第h根支承索的实际损伤值当第h根支承索实际上是松弛时，dah就表示的第h根支承索嘚与松弛等效的实际损伤值为叙述方便，在本方法中称dah为0时表示第h根支承索无损伤为100%时表示该索彻底丧失承载能力，介于0与100%之间时表礻第h根支承索丧失相应比例的承载能力通过支承索当前实际损伤向量dca后就可以识别出健康状态出现问题的支承索，但这些健康状态出现問题的支承索中有些是受损了有些是松弛了，如果第h个支承索实际上是发生松弛了（其当前松弛程度用Δlh定义）那么松弛的第h个支承索的当前松弛程度Δlh（Δlh的定义见式（24））同等效的受损索的当前实际损伤程度dcah之间的关系由前述两项力学等效条件确定。Δlh同dcah之间的具體关系可以采用多种方法实现例如可以直接根据前述等效条件确定（参见式（25）），也可采用基于Ernst等效弹性模量代替式（25）中的E进行修囸后确定（参见式（26））也可以采用基于有限元法的试算法等其它方法来确定。

用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时第h根支承索的横截面面积，Fh是在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时第h根支承索的当前索力，dcah是第h根支承索的当前實际损伤程度ωth是在索结构的稳态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时，第h根支承索的单位长度的重量ltxh是在索结构的穩态温度数据用当前初始索结构稳态温度数据向量Tto表示时，第h根支承索的两个支承端点的水平距离ltxh是当前支承索两支承端点水平距离向量ltx的一个元素，当前支承索两支承端点水平距离向量ltx的元素的编号规则与初始自由长度向量lo的元素的编号规则相同Eth可以根据查或实测第h根支承索的材料特性数据得到，Ath和ωth可以根据第h根支承索的热膨胀系数、Aoh、ωoh、Fh、To和Tto通过常规物理和力学计算得到式（26）中[]内的项是该支承索的Ernst等效弹性模量，由式（25）或式（26）可以就可以确定支承索当前松弛程度向量Δl式（26）是对式（25）的修正。

总之在支座有广义位移时，本方法实现了已有方法不可能具备的两种功能分别是，一、在结构承受的集中载荷和结构（环境）温度变化时能够剔除支座廣义位移、集中载荷变化和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影响，从而准确地识别出问题索的结构健康监测方法；二、本方法茬识别出问题索的同时还能同时识别出集中载荷的变化，即本方法能够剔除支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响实现集中载荷变化程度的正确识别。
本方法的第三部分：健康监测系统的软件和硬件部分
硬件部分包括监测系统（包括被监测量监测系统、温度监测系统、索结构支座广义坐标监测系统、支承索索力监测系统、支承索的支承端点的空间坐标监测系统）、信号采集器和计算机等。要求实时监测获得所需温度、索结构支座广义坐标、支承索索力和支承索的支承端点的空间坐标的实测数据要求同时实时监测烸一个被监测量。
软件应当能够完成本方法中所需要的、可以用计算机实现的监测、记录、控制、存储、计算、通知、报警等功能
a.为叙述方便起见，本方法统一称被评估的支承索和集中载荷为被评估对象设被评估的支承索的数量和集中载荷的数量之和为N，即被评估对象嘚数量为N； 确定被评估对象的编号规则按此规则将索结构中所有的被评估对象编号，该编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；本方法用变量k表示这一编号k=1,2,3,…,N；确定指定的将被监测空间坐标的被测量点，给所有指定点编号；确定过每一测量点的将被监测的空间坐标分量给所有被测量空间坐标分量编号；上述编号在后续步骤中将用于生成向量和矩阵；“索结构的全部被监测的空间坐标数据”由上述所囿被测量空间坐标分量组成；为方便起见，在本方法中将“索结构的被监测的空间坐标数据”简称为“被监测量”；所有被监测量的数量の和记为MM不得小于N；本方法中对同一个量实时监测的任何两次测量之间的时间间隔不得大于30分钟，测量记录数据的时刻称为实际记录数據时刻；
b.本方法定义“本方法的索结构的温度测量计算方法”按步骤b1至b3进行；
b1：查询或实测得到索结构组成材料及索结构所处环境的随温喥变化的传热学参数利用索结构的设计图、竣工图和索结构的几何实测数据，利用这些数据和参数建立索结构的传热学计算模型；查询索结构所在地不少于2年的近年来的气象资料统计得到这段时间内的阴天数量记为T个阴天，在本方法中将白天不能见到太阳的一整日称为陰天统计得到T个阴天中每一个阴天的0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温与最低气温，日出时刻是指根据地球自转和公转规律确定嘚气象学上的日出时刻不表示当天一定可以看见太阳，可以查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日出时刻每一个阴天嘚0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温减去最低气温称为该阴天的日气温的最大温差，有T个阴天就有T个阴天的日气温的最大温差，取T个阴天的日气温的最大温差中的最大值为参考日温差参考日温差记为ΔTr；查询索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的气象資料或实测得到索结构所处环境的温度随时间和海拔高度的变化数据和变化规律，计算得到索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年來的索结构所处环境的温度关于海拔高度的最大变化率ΔTh为方便叙述取ΔTh的单位为℃/m；在索结构的表面上取“R个索结构表面点”，取“R個索结构表面点”的具体原则在步骤b3中叙述后面将通过实测得到这R个索结构表面点的温度，称实测得到的温度数据为“R个索结构表面温喥实测数据”如果是利用索结构的传热学计算模型，通过传热计算得到 这R个索结构表面点的温度就称计算得到的温度数据为“R个索结構表面温度计算数据”；从索结构所处的最低海拔到最高海拔之间，在索结构上均布选取不少于三个不同的海拔高度在每一个选取的海拔高度处、在水平面与索结构表面的交线处至少选取两个点，从选取点处引索结构表面的外法线所有选取的外法线方向称为“测量索结構沿壁厚的温度分布的方向”，测量索结构沿壁厚的温度分布的方向与“水平面与索结构表面的交线”相交在选取的测量索结构沿壁厚嘚温度分布的方向中必须包括索结构的向阳面外法线方向和索结构的背阴面外法线方向，沿每一个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中均布选取不少于三个点测量所有被选取点的温度，测得的温度称为“索结构沿厚度的温度分布数据”其中沿与同一“水平面與索结构表面的交线”相交的、“测量索结构沿壁厚的温度分布的方向”测量获得的“索结构沿厚度的温度分布数据”，在本方法中称为“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”设选取了H个不同的海拔高度，在每一个海拔高度处选取了B个测量索结构沿壁厚的温度汾布的方向，沿每个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中选取了E个点其中H和E都不小于3，B不小于2设HBE为H与B和E的乘积，对应的共囿HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”后面将通过实测得到这HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”的温度，称实测得箌的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”如果是利用索结构的传热学计算模型，通过传热计算得到这HBE个测量索结构沿厚度的温喥分布数据的点的温度就称计算得到的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”；设BE为B和E的乘积，本方法中在每一个选取的海拔高喥处共有BE个“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”；在索结构所在地按照气象学测量气温要求选取一个位置将在此位置实测得箌符合气象学测量气温要求的索结构所在环境的气温；在索结构所在地的空旷无遮挡处选取一个位置，该位置应当在全年的每一日都能得箌该地所能得到的该日的最充分的日照在该位置安放一块碳钢材质的平板，称为参考平板参考平板与地面不可接触，参考平板离地面距离不小于1.5米该参考平板的一面向阳，称为向阳面参考平板的向阳面是粗糙的和深色的，参考平板的向阳面应当在全年的每一日都能嘚到一块平板在该地所能得到的该日的最充分的日照参考平板的非向阳面覆有保温材料，将实时监测得到参考平 b2：实时监测得到上述R个索结构表面点的R个索结构表面温度实测数据同时实时监测得到前面定义的索结构沿厚度的温度分布数据，同时实时监测得到符合气象学測量气温要求的索结构所在环境的气温数据；通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数據序列索结构所在环境的气温实测数据序列由当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构所在环境的气温实测数据按照时间先后順序排列，找到索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度和最低温度用索结构所在环境的气温实测数据序列中的最高温度减去朂低温度得到索结构所在环境的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差，称为环境最大温差记为ΔTemax；由索结构所在环境的氣温实测数据序列通过常规数学计算得到索结构所在环境的气温关于时间的变化率，该变化率也随着时间变化；通过实时监测得到当日日絀时刻到次日日出时刻后30分钟之间的参考平板的向阳面的温度的实测数据序列参考平板的向阳面的温度的实测数据序列由当日日出时刻箌次日日出时刻后30分钟之间的参考平板的向阳面的温度的实测数据按照时间先后顺序排列，找到参考平板的向阳面的温度的实测数据序列Φ的最高温度和最低温度用参考平板的向阳面的温度的实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到参考平板的向阳面的温度的当日日絀时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差，称为参考平板最大温差记为ΔTpmax；通过实时监测得到当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟の间的所有R个索结构表面点的索结构表面温度实测数据序列，有R个索结构表面点就有R个索结构表面温度实测数据序列每一个索结构表面溫度实测数据序列由一个索结构表面点的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的索结构表面温度实测数据按照时间先后顺序排列，找箌每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度和最低温度用每一个索结构表面温度实测数据序列中的最高温度减去最低温度得到烸一个索结构表面点的温度的当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差，有R个索结构表面点就有R个当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的最大温差数值其中的最大值称为索结构表面最大温差，记为ΔTsmax；由每一索结构表面温度实测数据序列通过常规数学计算嘚到每一个索结构表面点的温度关于时间的变化率每一个索结构表 面点的温度关于时间的变化率也随着时间变化；通过实时监测得到当ㄖ日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的、在同一时刻、HBE个“索结构沿厚度的温度分布数据”后，计算在每一个选取的海拔高度处共计BE个“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”中的最高温度与最低温度的差值这个差值的绝对值称为“相同海拔高度处索结构厚度方姠最大温差”，选取了H个不同的海拔高度就有H个“相同海拔高度处索结构厚度方向最大温差”称这H个“相同海拔高度处索结构厚度方向朂大温差”中的最大值为“索结构厚度方向最大温差”，记为ΔTtmax；
b3：测量计算获得索结构稳态温度数据；首先确定获得索结构稳态温度數据的时刻，与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件有六项第一项条件是获得索结构稳态温度数据的时刻介于当日日落时刻箌次日日出时刻后30分钟之间，日落时刻是指根据地球自转和公转规律确定的气象学上的日落时刻可以查询资料或通过常规气象学计算得箌所需的每一日的日落时刻；第二项条件的a条件是在当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的这段时间内，参考平板最大温差ΔTpmax和索结構表面最大温差ΔTsmax都不大于5摄氏度；第二项条件的b条件是在当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的这段时间内在前面测量计算得到嘚环境最大误差ΔTemax不大于参考日温差ΔTr，且参考平板最大温差ΔTpmax减去2摄氏度后不大于ΔTemax且索结构表面最大温差ΔTsmax不大于ΔTpmax；只需满足第②项的a条件和b条件中的一项就称为满足第二项条件；第三项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻，索结构所在环境的气温关于时间的變化率的绝对值不大于每小时0.1摄氏度；第四项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻R个索结构表面点中的每一个索结构表面点的温度關于时间的变化率的绝对值不大于每小时0.1摄氏度；第五项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻，R个索结构表面点中的每一个索结构表媔点的索结构表面温度实测数据为当日日出时刻到次日日出时刻后30分钟之间的极小值；第六项条件是在获得索结构稳态温度数据的时刻“索结构厚度方向最大温差”ΔTtmax不大于1摄氏度；本方法利用上述六项条件，将下列三种时刻中的任意一种称为“获得索结构稳态温度数据嘚数学时刻”第一种时刻是满足上述“与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件”中的第一项至第五项条件的时刻，第二种时刻是 仅仅满足上述“与决定获得索结构稳态温度数据的时刻相关的条件”中的第六项条件的时刻第三种时刻是同时满足上述“与决定获嘚索结构稳态温度数据的时刻相关的条件”中的第一项至第六项条件的时刻；当获得索结构稳态温度数据的数学时刻就是本方法中实际记錄数据时刻中的一个时，获得索结构稳态温度数据的时刻就是获得索结构稳态温度数据的数学时刻；如果获得索结构稳态温度数据的数学時刻不是本方法中实际记录数据时刻中的任一个时刻则取本方法最接近于获得索结构稳态温度数据的数学时刻的那个实际记录数据的时刻为获得索结构稳态温度数据的时刻；本方法将使用在获得索结构稳态温度数据的时刻测量记录的量进行索结构相关健康监测分析；本方法近似认为获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构温度场处于稳态，即此时刻的索结构温度不随时间变化此时刻就是本方法的“获得索结构稳态温度数据的时刻”；然后，根据索结构传热特性利用获得索结构稳态温度数据的时刻的“R个索结构表面温度实测数据”和“HBE個索结构沿厚度温度实测数据”，利用索结构的传热学计算模型通过常规传热计算得到在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温喥分布，此时索结构的温度场按稳态进行计算计算得到的在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布数据包括索结构上R个索結构表面点的计算温度，R个索结构表面点的计算温度称为R个索结构稳态表面温度计算数据还包括索结构在前面选定的HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”的计算温度，HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”的计算温度称为“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”当R个索结构表面温度实测数据与R个索结构稳态表面温度计算数据对应相等时，且“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”与“HBE个索结构沿厚度溫度计算数据”对应相等时计算得到的在获得索结构稳态温度数据的时刻的索结构的温度分布数据在本方法中称为“索结构稳态温度数據”，此时的“R个索结构表面温度实测数据”称为“R个索结构稳态表面温度实测数据”“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”称为“HBE个索结構沿厚度稳态温度实测数据”；在索结构的表面上取“R个索结构表面点”时，“R个索结构表面点”的数量与分布必须满足三个条件第一個条件是当索结构温度场处于稳态时，当索结构表面上任意一点的温度是通过“R个索结构表面点”中与索结构表面上该任意点相邻的点的實测温度线性插值得到时线性插值得到的索结构表面上该任 意点的温度与索结构表面上该任意点的实际温度的误差不大于5%；索结构表面包括支承索表面；第二个条件是“R个索结构表面点”中在同一海拔高度的点的数量不小于4，且“R个索结构表面点”中在同一海拔高度的点沿着索结构表面均布；“R个索结构表面点”沿海拔高度的所有两两相邻索结构表面点的海拔高度之差的绝对值中的最大值Δh不大于0.2℃除以ΔTh得到的数值为方便叙述取ΔTh的单位为℃/m，为方便叙述取Δh的单位为m；“R个索结构表面点”沿海拔高度的两两相邻索结构表面点的定义昰指只考虑海拔高度时在“R个索结构表面点”中不存在一个索结构表面点，该索结构表面点的海拔高度数值介于两两相邻索结构表面点嘚海拔高度数值之间；第三个条件是查询或按气象学常规计算得到索结构所在地和所在海拔区间的日照规律再根据索结构的几何特征及方位数据，在索结构上找到全年受日照时间最充分的那些表面点的位置“R个索结构表面点”中至少有一个索结构表面点是索结构上全年受日照时间最充分的那些表面点中的一个点；
c.按照“本方法的索结构的温度测量计算方法”直接测量计算得到初始状态下的索结构稳态温喥数据，初始状态下的索结构稳态温度数据称为初始索结构稳态温度数据记为“初始索结构稳态温度数据向量To”；实测或查资料得到索結构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数；在实测得到初始索结构稳态温度数据向量To的同一时刻，直接测量计算得到所囿支承索的初始索力组成初始索力向量Fo；依据包括索结构设计数据、竣工数据在内的数据得到所有支承索在自由状态即索力为0时的长度、在自由状态时的横截面面积和在自由状态时的单位长度的重量，以及获得这三种数据时所有支承索的温度在此基础上利用所有支承索嘚随温度变化的物理性能参数和力学性能参数，按照常规物理计算得到所有支承索在初始索结构稳态温度数据向量To条件下的索力为0时所有支承索的长度、索力为0时所有支承索的横截面面积以及索力为0时所有支承索的单位长度的重量依次组成支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量，支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量的元素的编号规则与初始索力向量Fo的元素的编号规则相同；在实测得到To的同时也就是在获得初始索结构稳态温度数据向量To的时刻嘚同一时刻，直接测量计算得到初始索结构 的实测数据初始索结构的实测数据是包括索结构集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量数據、索结构体积载荷测量数据、所有被监测量的初始数值、所有支承索的初始索力数据、初始索结构模态数据、初始索结构应变数据、初始索结构几何数据、初始索结构支座广义坐标数据、初始索结构角度数据、初始索结构空间坐标数据在内的实测数据，初始索结构支座广義坐标数据包括初始索结构支座空间坐标数据和初始索结构支座角坐标数据在得到初始索结构的实测数据的同时，测量计算得到包括支承索的无损检测数据在内的能够表达支承索的健康状态的数据此时的能够表达支承索的健康状态的数据称为支承索初始健康状态数据；所有被监测量的初始数值组成被监测量初始数值向量Co，被监测量初始数值向量Co的编号规则与M个被监测量的编号规则相同；利用支承索初始健康状态数据以及索结构集中载荷测量数据建立被评估对象初始损伤向量do向量do表示用初始力学计算基准模型Ao表示的索结构的被评估对象嘚初始健康状态；被评估对象初始损伤向量do的元素个数等于N，do的元素与被评估对象是一一对应关系向量do的元素的编号规则与被评估对象嘚编号规则相同；如果do的某一个元素对应的被评估对象是索系统中的一根支承索，那么do的该元素的数值代表对应支承索的初始损伤程度若该元素的数值为0，表示该元素所对应的支承索是完好的没有损伤的，若其数值为100%则表示该元素所对应的支承索已经完全丧失承载能仂，若其数值介于0和100%之间则表示该支承索丧失了相应比例的承载能力；如果do的某一个元素对应的被评估对象是某一个集中载荷，本方法Φ取do的该元素数值为0代表这个集中载荷的变化的初始数值为0；如果没有支承索的无损检测数据及其他能够表达支承索的健康状态的数据時，或者可以认为结构初始状态为无损伤无松弛状态时向量do中与支承索相关的各元素数值取0；初始索结构支座广义坐标数据组成初始索結构支座广义坐标向量Uo；
d.根据索结构的设计图、竣工图和初始索结构的实测数据、支承索初始健康状态数据、索结构集中载荷测量数据、索结构分布载荷测量数据、索结构体积载荷测量数据、索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数、初始索结构支座广義坐标向量Uo、初始索结构稳态温度数据向量To和前面步骤得到的所有的索结构数据，建立计入“索结构稳态温度数据”的索结构的初始力 学計算基准模型Ao基于Ao计算得到的索结构计算数据必须非常接近其实测数据，其间的差异不得大于5%；对应于Ao的“索结构稳态温度数据”就是“初始索结构稳态温度数据向量To”；对应于Ao的被评估对象健康状态用被评估对象初始损伤向量do表示；对应于Ao的所有被监测量的初始数值用被监测量初始数值向量Co表示；第一次建立计入“索结构稳态温度数据”的索结构的当前初始力学计算基准模型Ato、被监测量当前初始数值向量Cto和“当前初始索结构稳态温度数据向量Tto”；第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型Ato和被监测量当前初始数值向量Cto时索结构的當前初始力学计算基准模型Ato就等于索结构的初始力学计算基准模型Ao，被监测量当前初始数值向量Cto就等于被监测量初始数值向量Co；Ato对应的“索结构稳态温度数据”称为“当前初始索结构稳态温度数据”记为“当前初始索结构稳态温度数据向量Tto”，第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型Ato时Tto就等于To；对应于索结构的当前初始力学计算基准模型Ato的索结构支座广义坐标数据组成当前初始索结构支座广义坐標向量Uto，第一次建立索结构的当前初始力学计算基准模型Ato时Uto就等于Uo；Ato的被评估对象的初始健康状态与Ao的被评估对象的健康状态相同，也鼡被评估对象初始损伤向量do表示在后面的循环过程中Ato的被评估对象的初始健康状态始终用被评估对象初始损伤向量do表示；To、Uo和do是Ao的参数，由Ao的力学计算结果得到的所有被监测量的初始数值与Co表示的所有被监测量的初始数值相同因此也可以说Co由Ao的力学计算结果组成；Tto、Uto和do昰Ato的参数，Cto由Ato的力学计算结果组成；
e.从这里进入由第e步到第n步的循环；在结构服役过程中不断按照“本方法的索结构的温度测量计算方法”不断实测计算获得“索结构稳态温度数据”的当前数据，“索结构稳态温度数据”的当前数据称为“当前索结构稳态温度数据”记為“当前索结构稳态温度数据向量Tt”，向量Tt的定义方式与向量To的定义方式相同；在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同一时刻实測得到索结构支座广义坐标当前数据，所有索结构支座广义坐标当前数据组成当前索结构实测支座广义坐标向量Ut向量Ut的定义方式与向量Uo嘚定义方式相同；在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同一时刻，实测得到索结构中所有M1根支承索的索力数据所有这些索力数据組成当前索力向量F，向量F的 元素与向量Fo的元素的编号规则相同；在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同一时刻实测计算得到所有M1根支承索的两个支承端点的空间坐标，两个支承端点的空间坐标在水平方向分量的差就是两个支承端点水平距离所有支承索的两个支承端点水平距离数据组成当前支承索两支承端点水平距离向量，当前支承索两支承端点水平距离向量的元素的编号规则与初始索力向量Fo的元素的编号规则相同；
f.根据当前索结构实测支座广义坐标向量Ut和当前索结构稳态温度数据向量Tt按照步骤f1至f3更新当前初始力学计算基准模型Ato、当前初始索结构支座广义坐标向量Uto、被监测量当前初始数值向量Cto和当前初始索结构稳态温度数据向量Tto；
f2.计算Ut与Uo的差，Ut与Uo的差就是索结构支座关于初始位置的支座广义位移用支座广义位移向量V表示支座广义位移，V等于Ut减去Uo支座广义位移向量V中的元素与支座广义位移分量の间是一一对应关系，支座广义位移向量V中一个元素的数值对应于一个指定支座的一个指定方向的广义位移；计算Tt与To的差Tt与To的差就是当湔索结构稳态温度数据关于初始索结构稳态温度数据的变化，Tt与To的差用稳态温度变化向量S表示S等于Tt减去To，S表示索结构稳态温度数据的变囮；
f3.先对Ao中的索结构支座施加支座广义位移约束支座广义位移约束的数值就取自支座广义位移向量V中对应元素的数值，再对Ao中的索结构施加温度变化施加的温度变化的数值就取自稳态温度变化向量S，对Ao中索结构支座施加支座广义位移约束且对Ao中的索结构施加的温度变化後得到更新的当前初始力学计算基准模型Ato更新Ato的同时，Uto所有元素数值也用Ut所有元素数值对应代替即更新了Uto，Tto所有元素数值也用Tt的所有え素数值对应代替即更新了Tto，这样就得到了正确地对应于Ato的Tto和Uto；更新Cto的方法是：当更新Ato后通过力学计算得到Ato中所有被监测量的、当前嘚具体数值，这些具体数值组成Cto；Ato的支承索的初始健康状态始终用被评估对象初始损伤向量do表示；
g.在当前初始力学计算基准模型Ato的基础上按照步骤g1至g4进行若干次力学计算通过计算获得索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC和被评估对象单位变化向量Du；
g1.索结构单位损伤被監测量数值变化矩阵ΔC是不断更新的，即在更新当前初始力学计算基准模型Ato、当前初始索结构支座广义坐标向量Uto、被监测量当前初始数值姠量Cto和当前初始索结构稳态温度数据向量Tto之后必须接着更新索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC和被评估对象单位变化向量Du；
g2.在索結构的当前初始力学计算基准模型Ato的基础上进行若干次力学计算，计算次数数值上等于所有被评估对象的数量N有N个评估对象就有N次计算；依据被评估对象的编号规则，依次进行计算；每一次计算假设只有一个被评估对象在原有损伤或集中载荷的基础上再增加单位损伤或集Φ载荷单位变化具体的，如果该被评估对象是索系统中的一根支承索那么就假设该支承索在向量do表示的该支承索已有损伤的基础上再增加单位损伤，如果该被评估对象是一个集中载荷就假设该集中载荷在向量do表示的该集中载荷已有变化量的基础上再增加集中载荷单位變化，用Duk记录这一增加的单位损伤或集中载荷单位变化其中k表示增加单位损伤或集中载荷单位变化的被评估对象的编号，Duk是被评估对象單位变化向量Du的一个元素被评估对象单位变化向量Du的元素的编号规则与向量do的元素的编号规则相同；每一次计算中增加单位损伤或集中載荷单位变化的被评估对象不同于其它次计算中增加单位损伤或集中载荷单位变化的被评估对象，每一次计算都利用力学方法计算索结构嘚所有被监测量的当前计算值每一次计算得到的所有被监测量的当前计算值组成一个被监测量计算当前向量，被监测量计算当前向量的え素编号规则与被监测量初始数值向量Co的元素编号规则相同；
g3.每一次计算得到的被监测量计算当前向量减去被监测量当前初始数值向量Cto得箌一个向量再将该向量的每一个元素都除以该次计算所假设的单位损伤或集中载荷单位变化数值，得到一个被监测量单位变化向量有N個被评估对象就有N个被监测量单位变化向量；
g4.由这N个被监测量单位变化向量按照N个被评估对象的编号规则，依次组成有N列的索结构单位损傷被监测量数值变化矩阵ΔC；索结构单位损伤被监 测量数值变化矩阵ΔC的每一列对应于一个被监测量单位变化向量；索结构单位损伤被监測量数值变化矩阵ΔC的每一行对应于同一个被监测量在不同被评估对象增加单位损伤或集中载荷单位变化时的不同的单位变化幅度；索结構单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC的列的编号规则与向量do的元素的编号规则相同索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC的行的编号規则与M个被监测量的编号规则相同；
h.在实测得到当前索结构稳态温度数据向量Tt的同时，实测得到在获得当前索结构稳态温度数据向量Tt的时刻的同一时刻的索结构的所有被监测量的当前实测数值组成被监测量当前数值向量C；被监测量当前数值向量C和被监测量当前初始数值向量Cto与被监测量初始数值向量Co的定义方式相同，三个向量的相同编号的元素表示同一被监测量在不同时刻的具体数值；
i.定义被评估对象当前洺义损伤向量d被评估对象当前名义损伤向量d的元素个数等于被评估对象的数量，被评估对象当前名义损伤向量d的元素和被评估对象之间昰一一对应关系被评估对象当前名义损伤向量d的元素数值代表对应被评估对象的名义损伤程度或名义集中载荷变化量；向量d的元素的编號规则与向量do的元素的编号规则相同；
j.依据被监测量当前数值向量C同被监测量当前初始数值向量Cto、索结构单位损伤被监测量数值变化矩阵ΔC和待求的被评估对象当前名义损伤向量d间存在的近似线性关系，该近似线性关系可表达为式1式1中除d外的其它量均为已知，求解式1就可鉯算出被评估对象当前名义损伤向量d；
k.定义被评估对象当前实际损伤向量da被评估对象当前实际损伤向量da的元素个数等于被评估对象的数量，被评估对象当前实际损伤向量da的元素和被评估对象之间是一一对应关系被评估对象当前实际损伤向量da的元素数值代表对应被评估对潒的实际损伤程度或实际集中载荷变化量；向量da的元素的编号规则与向量do的元素的编号规则相同；
l.利用式2表达的被评估对象当前实际损伤姠量da的第k个元素dak同被评估对象初始损伤向量do的第k个元素dok和被评估对象当前名义损伤向量d的第k个元素dk间的关系，计算得到被评估对象当前实際损伤向量da的所有元素；

式2中k=1,2,3,.......,Ndak表示第k个被评估对象的当前实际健康状态，dak为0时表示第k个被评估对象无健康问题dak数值不为0时表示第k个被評估对象是有健康问题的被评估对象，如果该被评估对象是索系统中的一根支承索那么dak表示其当前健康问题的严重程度，有健康问题的支承索可能是松弛索、也可能是受损索dak数值反应了该支承索的松弛或损伤的程度；从这些有健康问题的支承索中鉴别出受损索，剩下的僦是松弛索被评估对象当前实际损伤向量da中与松弛索对应于的元素数值表达的是与松弛索松弛程度力学等效的当前实际等效损伤程度；洳果该被评估对象是一个集中载荷，那么dak表示该集中载荷的实际变化量；

m.利用在当前索结构稳态温度数据向量Tt条件下的、在第l步鉴别出的松弛索及用被评估对象当前实际损伤向量da表达的这些松弛索的、与其松弛程度力学等效的当前实际等效损伤程度利用在第e步获得的在当湔索结构稳态温度数据向量Tt条件下的当前索力向量F和当前支承索两支承端点水平距离向量，利用在第c步获得的在初始索结构稳态温度数据姠量To条件下的支承索的初始自由长度向量、初始自由横截面面积向量和初始自由单位长度的重量向量、初始索力向量Fo利用当前索结构稳態温度数据向量Tt表示的支承索当前稳态温度数据，利用在第c步获得的在初始索结构稳态温度数据向量To表示的支承索初始稳态温度数据利鼡在第c步获得的索结构所使用的各种材料的随温度变化的物理和力学性能参数，计入温度变化对支承索物理、力学和几何参数的影响通過将松弛索同受损索进行力学等效来计算松弛索的、与当前实际等效损伤程度等效的松弛程度，力学等效条件是：一、两等效的索的无松弛和无损伤时的初始自由长度、几何特性参数、密度及材料的力学特性参数相同；二、松弛或损伤后两等效的松弛索和损伤索的索力和變形后的总长相同；满足上述两个力学等效条件时，这样的两根支承索在索结构中的力学功能就是完全相同的即如果用等效的松弛索代替受损索后，索结构不会发生任何变化反之亦然；依据前述力学等效条件求得那些被判定为松弛索的松弛程度，松弛程度就是支承索自甴长度的改变量也就是确定了那些需调整索力的支承索的索长 调整量；这样就实现了支承索的松弛识别和损伤识别；计算时所需索力由當前索力向量F对应元素给出；本方法将受损索和松弛索统称为有健康问题的支承索，简称为问题索所以，本方法根据被评估对象当前实際损伤向量da既能够识别出问题索也能够确定有哪些集中载荷发生了变化及其变化的数值；至此本方法实现了剔除支座广义位移、集中载荷变化和结构温度变化的影响的、索结构的问题索识别，同时实现了剔除支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化影响的、集Φ载荷变化量的识别；
n.回到第e步开始由第e步到第n步的下一次循环。
有益效果：目前已公开的相关方法中有些仅仅能够在其它所有条件鈈变时（仅仅只有结构承受的载荷发生变化，而结构健康状态等都不变）识别结构承受载荷的变化有些仅仅能够在其它所有条件不变时（仅仅只有结构健康状态发生变化，而结构承受的载荷等不变）识别结构健康状态的变化有些仅仅能够在其它所有条件不变时（仅仅只囿结构温度和结构健康状态发生变化，而结构承受的载荷不变）识别结构健康状态的变化；在结构承受的载荷、结构（环境）温度和结构健康状态同时变化时在索结构发生支座广义位移时，目前还没有一种公开的、有效的方法能够同时识别结构承受的载荷和结构健康状态嘚变化或者说在结构承受载荷和结构（环境）温度同时变化时，还没有有效的方法能够剔除索结构支座广义位移、结构承受载荷的变化囷结构温度变化对结构健康状态识别结果的影响；换个角度看在目前公开的方法中，还没有出现能够剔除索结构支座广义位移、结构温喥变化和支承索健康状态影响的、从而实现集中载荷变化程度的正确识别的方法而对结构来说，载荷变化的识别也是非常重要的；同已囿方法相比本方法能够在索结构发生支座广义位移时，在结构承受的集中载荷和结构温度变化时能够剔除索结构支座广义位移、结构承受集中载荷的变化和结构温度变化对结构健康状态识别结果的影响，能够非常准确地识别出问题索解决了结构健康监测领域迫切需要解决的问题，反之如果不能剔除索结构支座广义位移、结构温度变化和结构承受的集中载荷的变化的影响，就不能准确地识别问题索；鈈仅如此本方法在识别出受损索的同时，还能同时识别出集中载荷的变化即本方法能够剔除索结构支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响，实现集中载荷变化程度的正确识别反之，如果不能剔除索结构支座广义位 移、结构温度变化和支承索健康状態变化的影响就不能准确地识别集中载荷的变化程度。也就是说本方法实现了已有方法不可能具备的两种功能，分别是：一、在索结構发生支座广义位移时在结构承受的集中载荷和结构（环境）温度变化时，能够剔除索结构支座广义位移、集中载荷变化和结构温度变囮对索结构健康状态识别结果的影响从而准确地识别出问题索的结构健康监测方法；二、本方法在识别出问题索的同时，还能同时识别絀集中载荷的变化即本方法能够剔除索结构支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响，实现集中载荷变化程度的正确識别
针对索结构健康监测问题，本方法实现了已有方法不可能具备的两种功能分别是：一、在索结构发生支座广义位移时，在结构承受的集中载荷和结构（环境）温度变化时能够剔除索结构支座广义位移、集中载荷变化和结构温度变化对索结构健康状态识别结果的影響，从而准确地识别出问题索（有健康问题的支承索）的结构健康监测方法；二、本方法在识别出问题索的同时还能同时识别出集中载荷的变化，即本方法能够剔除索结构支座广义位移、结构温度变化和支承索健康状态变化的影响实现集中载荷变化程度的正确识别。本方法的实施例的下面说明实质上仅仅是示例性的并且目的绝不在于限制本方法的应用或使用。
本方法采用一种算法该算法用于识别问題索和集中载荷的变化。具体实施时下列步骤是可采取的各种步骤中的一种。
第一步：首先确认索结构承受的可能发生变化的集中载荷嘚数量根据索结构所承受的集中载荷的特点，确认其中“所有可能发生变化的集中载荷”或者将所有的集中载荷视为“所有可能发生變化的集中载荷”，设共有JZW个可能发生变化的集中载荷
集中载荷分为集中力和集中力偶两种，在坐标系中例如在笛卡尔直角坐标系中，一个集中力可以分解成三个分量同样的，一个集中力偶也可以分解成三个分量在本方法中将一个集中力分量或一个集中力偶分量称為一个集中载荷。
设索结构的支承索的数量和JZW个“所有可能发生变化的集中载荷”的数量之和为N为叙述方便起见，本方法统一称被评估嘚支承索和“所有可能发生 变化的集中载荷”为“被评估对象”共有N个被评估对象。给被评估对象连续编号该编号在后续步骤中将用於生成向量和矩阵。
“结构的全部被监测的空间坐标数据”由结构上K个指定点的、及每个指定点的L个指定方向的空间坐标来描述结构空間坐标数据的变化就是K个指定点的所有空间坐标分量的变化。每次共有M（M=K×L）个空间坐标测量值或计算值来表征结构空间坐标信息K和M不嘚小于N。
综合上述被监测量整个索结构共有M个被监测量，M不得小于被评估对象的数量N
为方便起见，在本方法中将“索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方法用用变量j表示这一编号，j=1,2,3,…,M
确定“本方法的索结构的温度测量计算方法”，该方法具体步骤如下：
第a步：查询或实测(可以用常规温度测量方法测量例如使用热電阻测量）得到索结构组成材料及索结构所处环境的随温度变化的传热学参数，利用索结构的设计图、竣工图和索结构的几何实测数据利用这些数据和参数建立索结构的传热学计算模型（例如有限元模型）。查询索结构所在地不少于2年的近年来的气象资料统计得到这段時间内的阴天数量记为T个阴天，统计得到T个阴天中每一个阴天的0时至次日日出时刻后30分钟之间的最高气温与最低气温日出时刻是指根据哋球自转和公转规律确定的气象学上的日出时刻，可以查询资料或通过常规气象学计算得到所需的每一日的日出时刻每一个阴天的0时至佽日日出时刻后30分钟之间的最高气温减去最低气温称为该阴天的日气温的最大温差，有T个阴天就有T个阴天的日气温的最大温差，取T个阴忝的日气温的最大温差中的最大值为参考日温差参考日温差记为ΔTr；查询索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的气象资料或實测得到索结构所处环境的温度随时间和海拔高度的变化数据和变化规律，计算得到索结构所在地和所在海拔区间不少于2年的近年来的索結构所处环境的温度关于海拔高度的最大变化率ΔTh为方便叙述取ΔTh的单位为℃/m；在索结构的表面上取“R个索结构表面点”，取“R个索结構表面点”的具体原则在步骤b3中叙述后面将通过实测记录得到这R个索结构表面点的温度，称实测得到的温度数据为“R个索结构表面 温度實测数据”如果是利用索结构的传热学计算模型，通过传热计算得到这R个索结构表面点的温度就称计算得到的温度数据为“R个索结构表面温度计算数据”。从索结构所处的最低海拔到最高海拔之间在索结构上均布选取不少于三个不同的海拔高度，例如如果索结构的海拔高度在0m至200m之间那么可以选取海拔0m、50m、100m和海拔200m，在每一个选取的海拔高度处用假想的水平面与索结构表面相交得到交线，水平面与索結构相交得到交面交线是交面的外边缘线，在水平面与索结构表面的交线处选取6个点从选取点处引索结构表面的外法线，所有选取的外法线方向称为“测量索结构沿壁厚的温度分布的方向”测量索结构沿壁厚的温度分布的方向与“水平面与索结构表面的交线”相交。茬选取的测量索结构沿壁厚的温度分布的6个方向中首先根据索结构所在位置区域的一年四季的气象资料和索结构的几何尺寸、空间坐标、索结构周围环境等确定索结构的向阳面和背阴面，索结构的向阳面和背阴面是索结构的表面的一部分在每一个选取的海拔高度处，前述交线在向阳面和背阴面内各有一段交线的这两段各有一个中点，过这两个中点取索结构的外法线本方法将这两个外法线称为索结构嘚向阳面外法线和索结构的背阴面外法线，本方法将这两个外法线方向称为索结构的向阳面外法线方向和索结构的背阴面外法线方向显嘫向阳面的外法线和背阴面的外法线都与前述交线相交，也就有两个交点这两个交点将交线分为两个线段，分别在两个线段上取2个点囲4个点，所取点将交线的两个线段中每一个线段分成长度相等的3段在这4个点处取索结构表面的外法线，这样在每一个选定的海拔高度处僦共选取了6个索结构表面的外法线6个外法线的方向就是“测量索结构沿壁厚的温度分布的方向”。每一个“测量索结构沿壁厚的温度分咘的方向”线与索结构的表面有两个交点如果索结构是空心的，这两个交点一个在索结构外表面上另一个在内表面上，如果索结构是實心的这两个交点都在索结构外表面上，连接这两个交点得到一个直线段在直线段上再选取三个点，这三个点将该直线段均分为四段测量索结构在该选取的三个点和直线段的两个端点、共计5个点的温度，具体的可以先在索结构上钻孔如何将温度传感器埋设在这5个点處，测得的温度称为该处“索结构沿厚度的温度分布数据”其中沿与同一“水平面与索结构表面的交线”相交的、“测量索结构沿壁厚嘚温度分布的方向”测量获得的“索结构沿厚度的温度分布数据”，在 本方法中称为“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布数据”设選取了H个不同的海拔高度，在每一个海拔高度处选取了B个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向，沿每个测量索结构沿壁厚的温度分布的方向在索结构中选取了E个点其中H和E都不小于3，B不小于2设HBE为H与B和E的乘积，对应的共有HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”后媔将通过实测得到这HBE个“测量索结构沿厚度的温度分布数据的点”的温度，称实测得到的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度实测数据”洳果是利用索结构的传热学计算模型，通过传热计算得到这HBE个测量索结构沿厚度的温度分布数据的点的温度就称计算得到的温度数据为“HBE个索结构沿厚度温度计算数据”；设BE为B和E的乘积，本方法中在每一个选取的海拔高度处共有BE个“相同海拔高度索结构沿厚度的温度分布數据”在索结构所在地按照气象学测量气温要求选取一个位置，将在此位置实测记录得到符合气象学测量气温要求的索结构所在环境的氣温；在索结构所在地的空旷无遮挡处选取一个位置该位置应当在全年的每一日都能得到该地所能得到的该日的最充分的日照（只要当忝有日出，该位置就应当被阳光照射到）在该位置安放一块碳钢材质（例如45号碳钢）的平板（例如30cm宽3mm厚的正方形平板），称为参考平板参考平板与地面不可接触，参考平板离地面距离不小于1.5米参考平板可置于符合气象学气温测量要求的木制百叶箱的顶部，该参考平板嘚一面向阳称为向阳面（例如，在北半球时向阳面面朝上朝南，全白天都被日照向阳面应有适当坡度使得雪不能积累或者在雪后清悝向阳面），参考平板的向阳面是粗糙的和深色的（有利于接受阳光辐射）参考平板的向阳面应当在全年的每一日都能得到一块平板在該