[发明专利]一种桁架杆件轴向刚度退化的识别与定位方法

说明书

本发明公开了一种桁架杆件轴向刚度退化的精确识别与定位方法，包括如下步骤：长期监测和采集桁架结构各杆件的温度和轴力数据；以天为时间单位计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值；计算各杆件线性斜率值的差分值；计算每个杆件的线性斜率值受各杆件轴向柔度影响的偏导数值；建立各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程；求解每个杆件轴向柔度增量系数随天数变化的时间序列；利用时间序列的变化趋势对桁架杆件的轴向刚度进行退化识别与定位。本发明利用各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程，可计算得到各杆件轴向柔度增量系数的唯一解，从而实现对桁架杆件轴向刚度退化的精确识别和定位。

技术领域

本发明属于桁架结构健康监测和安全性能评估领域，具体来说，涉及一种桁架杆件轴向刚度退化的识别与定位方法。

背景技术

桁架结构中的杆件是二力杆，以轴向拉压为主。若二力杆的轴向刚度发生退化，会严重影响桁架结构的正常使用和安全功能。因此，对桁架结构中轴向刚度退化的二力杆进行及时识别和定位，具有重要意义。目前二力杆轴向刚度退化的识别和定位方法以人工检测为主，即超声波探伤、漏磁检测、射线检测等技术。此类检测方法不能对二力杆件的服役状态进行实时评估，在二力杆轴向刚度退化识别和定位上存在时滞效应。随着结构健康监测技术的发展，可以在桁架结构上安装传感器，从而对桁架结构中二力杆的服役状态进行实时监测和评估。然而，所采集的监测数据在某些情况下并不能反映桁架结构运营状态的全部信息，以及荷载响应监测数据易受到随机环境影响，使得大量监测数据无法得到有效利用。因此，本专利在充分利用桁架结构监测数据的基础上，通过计算各杆件轴力与温度之间线性斜率值的差分值，建立了各杆件差分值与偏导数值、轴向柔度增量系数之间的全微分方程，可计算得到各杆件轴向柔度增量系数的唯一解，从而实现对桁架杆件轴向刚度退化的精确识别和定位。

发明内容

技术问题：为解决桁架结构杆件轴向刚度退化的难以识别和定位问题，本发明提出一种桁架杆件轴向刚度退化的精确识别与定位方法。

技术方案：本发明的一种桁架杆件轴向刚度退化的识别与定位方法，包括如下步骤：

步骤(1)：长期监测和采集桁架结构各杆件的温度和轴力数据：

桁架结构中的杆件是二力杆，以轴向拉压为主。在桁架结构各杆件中间安装温度传感器和轴力传感器，对各杆件温度和轴力进行长期监测和数据采集，其中第i个杆件在第j天采集的温度数据记为T_i,j，第i个杆件在第j天采集的轴力数据记为S_i,j，i＝1,2,...,I,j＝1,2,...,J，I为桁架中所有杆件的总个数，J为大于等于2的正整数；

步骤(2)：以天为时间单位计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值：

已有研究表明，轴向应变与温度之间的相关特性为线性关系，利用下式计算各杆件轴力与温度之间的线性斜率值：

式中，k_i,j表示第i个杆件在第j天轴力与温度之间的线性斜率值，N_i,j表示第i个杆件在第j天采集的温度数据或轴力数据的总个数，T_i,j,p表示T_i,j中的第p个值，S_i,j,p表示S_i,j中的第p个值，p＝1,2,...,N_i,j；

步骤(3)：计算各杆件线性斜率值的差分值：

利用下式计算第i个杆件线性斜率值的第m个差分值c_i,m：

c_i,m＝k_i,m+1-k_i,1,其中m＝1,2,...,J-1