木结构古建筑的结构与保护研究：第九届全国结构工程学术会议特邀 …

中国古建筑是中华文明的重要组成部分,是合人类宝贵的文化遗产。其中最具中国特色、数量最多的当属木结构古建筑。随着时间的延续,对这些价值连城、失而不可复得的历史文物的保护日益迫切。本文研究木结构古建筑的结构特性,为维修保护提供依据。首先介绍了中国木结构古建筑的特点和西安北门箭楼的基本情况,对西安北门箭楼基础沉降进行连续观测、对结构的破损情况进行详细调查。其次,通过现场脉动试验和激振实验获得了大量第一手     

计算机视觉在无人机着陆中的应用

介绍了计算机视觉的定义和视觉系统的软硬件组成,总结了视觉导航在旋翼无人机着陆方面的研究现状,并对视觉导航在固定翼无人机着陆中的应用给予初步分析和介绍。     

干扰环境下基于计算机视觉的多目标动位移高精度监测方法

当前基于计算机视觉的动位移测量研究通常要求高速高分辨率摄像机和理想拍摄环境,以保证测量的性能和精度。然而高速相机成本较高,目标成像需要较高对比度,且实际拍摄过程中环境条件也难以保持稳定,导致应用受限。结合时空上下文算法和光流算法,提出一种无需人工标靶点、鲁棒的多目标位移监测方法,通过智能手机实现干扰环境下的结构多点动位移同步测量。开展悬臂小球模型的扫频实验,检验方法在一定频率范围内的测量效果。其中,使用智能手机对激振小球进行拍摄,并在实验中保留复杂背景和模拟光照变化。分别采用所提方法和常用的特征光流算法对视频进行处理,得到动位移结果,并与位移传感器测量值进行对比。结果表明,在有光照变化干扰下,所提方法具有更强的抗干扰性,各监测点的最大位移偏差在 5% 以内。     

木结构古建筑结构特性的计算研究

对蕴藏丰富历史文化信息的中国古建筑的研究和保护是抢救中华文化遗产的重要内容。本文在木结构古建筑结构特性实验研究的基础上,通过定义和引入反映木结构古建筑斗栱与榫卯节点特性的半刚性节点单元,建立适合木结构古建筑特点的3维有限元计算模型和分析方法。研制了有限元动力分析软件SAFATS。利用现场实测和模型实验结果,采用Simplex方法反演推断半刚性节点平均刚度的范围。通过有限元动力计算以及与现场实验和模型实验结果的对比分析,获得了西安北门箭楼的前6阶振动模态。     

基于计算机视觉与SVM的水质异常监测方法

针对水质异常监测问题,本文提出了一种基于计算机视觉技术和支持向量机相结合的生物式水质异常监测方法。首先通过计算机视觉获取可以反映水质状况的鱼类行为运动特征参数,对其进行预处理;然后建立样本集并获得基于SVM的水质异常监测模型;最后利用模型对未知水质下的鱼类行为特征参数分析评价,间接监测水质异常状况。鉴于支持向量机核函数类型和参数优化对模型优劣有重大影响,本文对不同类型的核函数进行实验对比,其次分别采用粒子群优化算法(PSO)、遗传算法(GA)以及网格搜索法(Grid Search)对参数进行优化选择。实验结果表明该方法可以快速有效的进行水质异常监测。     

基于应变监测数据预测值的藏式古建筑木结构健康状态评估

为增加藏式古建筑木结构的安全冗余度,该文提出了短期应变监测数据预测方法,以此对藏式古建筑木结构健康状态进行预判性评估。以回廊结构为对象,利用Sobel算子与卷积神经网络方法处理传感器带来的多种数据异常。通过多项式回归和功率谱密度的方法确定应变监测数据组分。引入变分模态分解法对数据进行解耦,以Prophet算法预测短期温度监测应变,以Gumbel极值理论预测不同重现期下的人群监测应变。以不同重现期下的应变监测数据预测值的叠加结果确定需重点关注的结构位置和需立即修缮的结构位置,以满足藏式古建木构的预防性保护要求和最小扰动原则。     

木结构古建筑结构特性的实验研究

中国古建筑是中华文明的重要组成部分,其影响远及日本、韩国。其中最具中国特 色、数量最多的当属木结构古建筑。随着时间的延续,对这类历史文物的保护日益迫切。为 了对木结构古建筑的结构特性有准确的把握,为研究和维修保护提供依据,本文通过对具有 一定代表性的西安北门箭楼的现场脉动试验和激振实验获得了大量第一手资料如结构的自振 频率以及结构整体的振动模态。通过有机玻璃模型及木模型的多点激振实验验证了实测结果, 建立了适合这类结构的实验方法,获得了有关结构动力特性的更为详尽的信息。通过对实验 结果的讨论,获得了木结构古建筑的基本动力学特征。在本文的姊妹篇,即本研究的第二部 分中,结合实验结果及结构特点,建立了针对木结构古建筑的结构模型和分析方法,编制了 考虑斗栱和榫卯等半刚性节点的三维有限元分析程序,并对西安北门箭楼作了详细研究。     

地铁列车振动对颐和园北宫门古建筑木结构影响的实测与分析

针对地铁运行对木结构古建筑的影响这一问题，本文以颐和园北宫门和北京市地铁4号线为研究对象，采用ABAQUS建立了列车-隧道-土层-木结构古建筑耦合模型。通过与现场实测结果对比，验证了有限元模型的精度，并系统地研究了地铁运行时地铁线路与古建筑之间的夹角、列车速度对木结构古建筑振动的影响。结果表明：场地地表与北宫门结构的振动强度的模拟结果与实测结果基本一致，实际工况下北宫门的振动响应满足限值要求；地铁线路与临近木结构古建筑长轴方向夹角为0°时，结构振动强度最大，且对于不同夹角，振动最强烈的均为距地铁线路最近的结构柱；随着列车速度的增大，木结构古建筑的振动强度显著增大，与车速60 km/h时相比，车速为80 km/h时结构的振动幅度增加了19.67%。     

古建筑木结构直榫节点力学模型的研究

以中国西南地区穿斗式古建筑木结构中常见的直榫节点为研究对象,对其在低周往复荷载作用下的受力机理进行了详细分析,建立了考虑节点拔榫量影响的M-θ力学模型和相应的实现算法,并给出了简化计算公式,最后采用试验数据对该力学模型进行了验证。结果表明,直榫节点的M-θ力学模型的计算结果与试验曲线吻合良好,可为中国古建筑木结构的抗震性能及加固的研究提供理论基础。     

古建筑木结构燕尾榫节点弯矩-转角关系理论分析

基于燕尾榫节点受力机理的分析,对燕尾榫节点的转动弯矩进行了理论分析,推导了燕尾榫节点弯矩-转角理论计算公式,并与试验结果进行了对比分析,理论分析结果与试验结果吻合较好;在计算公式的基础上,对燕尾榫节点转动弯矩的影响参数进行了分析,结果表明：在一定范围内,随着摩擦系数的增大,燕尾榫节点的转动弯矩和初始转动刚度也逐渐增大;当摩擦系数超过0.5时,节点的初始转动刚度增加幅度逐渐减小;榫头长度和榫头的“收乍”角度的增大均能够提高燕尾榫节点的转动弯矩以及初始转动刚度;榫头高度的增大能够一定程度地提高燕尾榫节点的转动弯矩,但对节点的初始转动刚度影响不大。所得结果可为古建筑木结构的受力分析提供依据。     

古建筑木结构屋盖梁架体系动力性能分析

针对目前古建筑木结构研究领域中对屋盖梁架的动力性能研究甚少的现状,该文以殿堂型木结构为研究对象,按照《营造法式注释》的构造要求建立屋盖梁架层模型,通过对其进行动力性能分析,得出了屋盖梁架层的结构动力特性以及在各种工况作用下的位移最大响应值和加速度最大响应值,求解出了各梁架层的动力放大系数.研究表明:屋盖梁架模型的第一频率为1.486Hz;屋盖梁架模型的自振频率远远高于振动台试验整体结构模型的自振频率;梁架层最大位移值随地震作用和高度的增加而增大;大震(400gal)时半刚性榫卯连接的减震效果比中震(220gal)、小震(110gal)时的减震效果要好;层间动力放大系数值在1 左右;屋盖层与铺作层的动力放大系数在0.9 左右.     

基于传递阻抗能量的无基准Lamb波裂纹检测

该文提出了一种获取压电陶瓷(PZT)传感器间Lamb波传递阻抗的方法,以实现对板结构裂纹的无基准快速检测。该方法从两组并排的PZT元件间提取包含Lamb波转换模式的损伤特征信号,对特征信号进行分类并求出其传递阻抗,通过比较传递阻抗的能量差异来判断裂纹是否存在。首先通过有限元仿真研究了裂纹导致的Lamb波模式转换现象以及PZT极化特性对各模式之间相对相位的影响,分析了所提出的方法的可行性;进一步通过在铝板上的实验验证了该方法的有效性。研究表明该文所提出的方法无需选择最优的激励频率和采样时间即可实现对裂纹的快速检测,具有较强的鲁棒性和适用性。     

智能建筑中空调系统远程监控的设计与实现

空调系统的远程监控是智能建筑中建筑自动化系统的重要内容之一.基于Internet/Intranet平台的远程监控,是实现BMS的发展方向,也是建立建筑智能化管理系统(IBMS)的基础.本文着重阐述利用网际组态软件WebAccess及可编程计算机控制器(PCC),实现基于Internet/Intranet下的空调系统远程监控与管理的方法.     

高层建筑结构初步设计的专家系统

本文通过对结构初步设计本质和内容的分析，提出了高层建筑结构初步设计的专家系统HIPRED的原型系统．它是一个综合集成系统：通过人工神经元网络（ANN）技术存贮专家的设计经验来确定高层建筑的结构体系；利用能连续化地反映高层建筑结构参数分布的基于悬臂梁的结构简化模型，并结合常微分方程求解器COLSYS很好地从速度和精度两方面的匹配来进行力学反应分析；通过人机交互和知识库的引入，系统能够对设计的结构反应参数（位移、周期和地震为）做出评价及对结构做出相应的修改．HIPRED能够帮助设计者在一个较高层次上进行高层建筑结构的初步设计。HIPRED是在Windows环境下，采用面向对象的编程技术（OOP），用C＋＋编写的。     

大型结构试验和结构监测中的数据采集系统

结构试验和结构监测正在向大型化和复杂化发展,与之配套的数据采集系统也要能满足它们不断增长的需求.清华大学土木工程系开发了适用于土木工程结构试验与监测的集成数据采集系统 IMPDAS,它具有测点多,速度快,功能全等优点.它的任务,不仅仅是记录数据,而是集成并且管理数据,将各种数据信息有条理,有重点地反馈给试验者.本文将讨论计算机在大型结构试验和结构监测的数据采集及数据处理分析等方面的应用.     

神经网络智能综合监测诊断系统研究

针对机械故障智能诊断的特点,研究了用于故障智能诊断的神经网络结构的确定,提出了集成神经网络的建立方法。在此基础上,研制开发了智能自动诊断系统,应用风机故障诊断特例说明了该系统的实用性。     

基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测研究

环境激励下仅利用振动响应的结构健康监测方法,因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。该文回顾了以振动时域响应相关性分析为基础的结构特征参数(即内积向量)的基本概念及特征。为了从已有测试数据中提取更多的结构特征参数,分别以各个响应测点为参考点来构建多个内积向量并组成矩阵,将内积向量扩展到了内积矩阵。进而以内积矩阵为结构特征参数,结合深度卷积神经网络的特征提取能力,提出了基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测方法。典型航空加筋壁板螺栓松动监测的实验研究结果表明,仅利用结构在环境激励下部分测点的振动时域响应,该文方法可以准确地识别螺栓松动位置。     

村镇建筑抗震节能结构体系研究与应用

我国村镇建筑多数为农民自建,抗震能力较差,节能技术落后,历次地震村镇建筑破坏严重,亟待研发低成本村镇建筑抗震节能结构体系。分析了传统村镇建筑生土墙体承重结构、土木混合承重结构、木结构、石结构、砖砌体结构特点,以及抗震建筑节能技术现状。介绍了课题组近年研发的多种低成本村镇建筑抗震与隔震结构,包括带竖向构造钢筋再生混凝土砖结构、带构造柱保温承重混凝土砌块结构、玻璃丝布-石墨隔震砌体结构、玻璃珠砂浆隔震砌体结构和异形柱边框保温模块单排配筋剪力墙结构及其工程应用情况。研究表明：该文提出并研发的村镇建筑低成本抗震与隔震结构,施工简便,经济适用,抗震节能效果好。结合村镇建筑产业化技术研发、生态环保建材应用和绿色施工需求,指出了村镇建筑抗震节能结构体系发展的关键问题。     

一种实时监测系统的体系结构及软件设计

本文介绍了监测点多、面广、距离远、采用无线通讯方式的实时监测系统的体系结构,阐述了其软件结构和功能,讨论了系统实时性、可靠性、灵活扩充性和数据库系统的设计和实现。本文工作对新型实时监测系统的设计与实现有一定参考价值。