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。     

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     

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。     

古建筑殿堂型结构耗能减震性能的有限元分析研究

中国古建筑在中国传统文化中占有相当重要的位置.从某种意义上说,它们代表着中国古代科技的发展水平,集历史性、艺术性和科学性于一身.但由于历史条件等原因,以往的研究一般着重于古建筑的历史性和艺术性的研究,而对古建筑的科学性研究较少.在介绍木结构古建筑殿堂型结构体系基础上,从构成木结构古建筑殿堂型结构体系的构件入手,建立了木结构古建筑殿堂型结构体系构件的有限元模型,通过SAP2000程序对缩尺1:3.52的木结构古建筑殿堂型心间结构进行了有限元分析,定量地得出斗拱、榫卯和屋面对木结构古建筑殿堂型结构的耗能减震起着重要的作用等一些有意义的结论,为当今耗能减震的结构的设计提供一定的借鉴.     

考虑榫卯松动的古建筑木结构地震响应分析

通过缩尺比为1∶3.52的完好古建筑木结构当心间模型振动台试验,得到了完好古建筑木结构模型的破坏模式、加速度时程曲线及相对位移时程曲线。在验证完好结构有限元模型正确性的基础上,建立了考虑榫卯松动的残损古建筑木结构有限元模型,通过对残损古建筑木结构模型在地震作用下的模态分析和动力响应分析,探讨了榫卯松动对古建筑木结构动力特性和动力响应的影响。结果表明：榫卯松动的古建筑木结构自振频率较完好结构的低,且随榫卯连接残损程度的增大,模型自振频率显著降低;残损结构柱脚加速度响应和位移响应、柱架加速度响应及模型结构基底剪力较完好结构的小,柱架位移响应较完好结构的大,且随榫卯连接残损程度的增大,柱脚加速度响应和位移响应、柱架加速度响应及模型结构基底剪力明显变小,柱架位移响应显著变大。随PGA的增大,残损结构模型累积耗能不断变大;随榫卯连接残损程度的增大,模型各结构层的累积耗能先逐渐增大,当松动量超过一定值后,其累积耗能不断减小。     

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%。     

西安东门城楼结构有限元分析

本文通过对中国古代木结构的结构特性分析,得出了合理的力学模,采用变刚度单元模拟真实本结构梁柱的榫卯连,用虚拟单元的不同刚度条件反映真实的半刚性连接,将变刚度单元加入有限元程度,对西安东门城楼进行了弹性有元分析,得出了不同刚度系数下的力学性能,为古建筑木结构研究提供有用的资料。     

古建筑结构研究的历史性、艺术性和科学性 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

中国古建筑研究强调历史性、艺术性和科学性的三性原则,但由于历史条件等原因,以往的研究一般着重于古建筑的历史性和艺术性研究,而对古建筑的科学性的研究很少.我们从1982年开始,对以西安箭楼、城楼和宁波保国寺等国家重点保护文物和古代中国城市的典型建筑钟楼、鼓楼为代表的木结构建筑,以大雁塔、小雁塔等国家重点保护文物为代表的古代高层建筑,和以国家重点保护文物西安古城墙为代表的砖-土混合结构等的结构力学特性进行了一系列研究。得到一些关于古建筑结构(如木结构、斗拱、地宫、古代夯土、古塔基础形状、古城墙稳定性等)力学特性的新认识。本文对此进行较为系统的小结。     

钢桶泄漏流激振动结构响应分析与实验研究

目的为了探究钢桶泄漏产生声发射检测技术的基本原理和实验方法,建立钢桶泄漏仿真模型和实验模型。方法首先介绍钢桶气体泄漏产生声发射信号的机理和流固耦合的基本原理;其次建立钢桶泄漏模型,通过Workbench流固耦合方法模拟流激振动下结构响应特征;然后根据声发射检测原理搭建钢桶泄漏声发射检测实验平台,采集实验数据并分析处理,探讨漏孔直径、内压与钢桶泄漏各特征参数的关联,结合频域分析,得到能够表征钢桶泄漏的特征参数与特征激振频率;最后将得到的泄漏声发射信号特征与仿真结果进行比较。结果钢桶气体泄漏流激振动的激振频段为22～40 kHz,峰值频率约为25 kHz。结论钢桶泄漏的仿真模拟结果与实验检测得到的结构响应基本一致,钢桶泄漏的仿真与实验研究方法为钢桶气体泄漏在线检测技术的研究提供了依据。     

液压衬套动态特性实测分析及集总参数模型研究

以轴、径向型两种结构形式液压衬套为研究对象,测试分析液压衬套动态特性及与激振频率、激振振幅关系,分别建立轴向型、径向型液压衬套动态特性分析的集总参数模型,计算激振振幅一定时液压衬套动刚度及滞后角与激振频率关系曲线。计算结果与实验值吻合较好,验证集总参数模型的正确性。基于所建集总参数模型,计算分析惯性通道数量及尺寸对液压衬套性能优化设计影响。     

残损古建筑木结构的地震易损性分析

为评估残损古建筑木结构的抗震性能,基于完好（不考虑榫卯节点松动）古建筑木结构模拟振动台试验,获得了完好结构的破坏特征、模态参数、动力响应曲线等。采用OpenSees有限元程序建立了完好和考虑节点松动的残损结构的精细化计算模型,对比分析了完好计算模型和试验模型的模态参数和动力响应曲线。以地面峰值加速度（PGA）和最大层间位移角作为地震动强度指标和反应参数对残损模型进行增量动力分析（IDA）,通过对各模型进行地震概率需求分析研究了残损模型的地震易损性。结果表明：完好计算模型与试验模型的主要模态参数相差小于10%,柱脚和柱顶动力时程响应曲线基本一致,表明了计算模型分析的合理性和正确性;残损模型回归概率地震需求函数的决定系数介于0.83578～0.85761,较接近1,表明线性回归函数与数据点具有较高的相关度;当古建筑木结构的节点残损程度达到13.3%时,残损结构已不满足现有规范对结构抗震设防的要求,必须立即对其进行加固和修复。     

基于无人机与计算机视觉的中国古建筑木结构裂缝监测系统设计

中国古建筑木结构中裂缝繁多,裂缝成因与发展规律复杂,易引起木结构构件脆断,从而严重威胁中国古建筑木结构健康情况.该文基于无人机与计算机视觉技术设计了一套适用于中国古建筑木结构裂缝的监测系统,该监测系统包含无人机系统、相机系统和图像处理系统.在无人机系统中,该文设计了一款适合于中国古建筑木结构裂缝监测的无人机,并分析其悬...     

夹芯复合材料基座激振试验研究

通过隔振理论分析,设计了偏心电机和电磁激振器两种激振试验方案,并讨论了两种激振方案中振级落差和插入损失的关系;分别对直骨架结构和曲骨架结构的夹芯复合材料基座模型进行了激振试验;通过频响分析比较了两种结构形式基座的固有特性;讨论了两种激振方案下基座的隔振效果,结果表明两种结构形式的夹芯复合材料基座均具有较好的隔振效果,且能够有效抑制高频共振。     

木结构古塔的动力特性分析

研究木结构古建筑的力学特性对保护和开发我国古建筑遗产具有重要意义。以山西北部释迦塔为研究对象,用有限元数值方法,通过引入梁单元组模拟斗拱连接,建立了具有木塔较细致结构的有限元计算模型,并通过木塔的实测模态结果方便地确定了斗拱这种复杂连接的刚度。对木塔进行了地震作用计算,计算结果与木塔现实残损变形集中在第二三层的现象一致。计算结果可为古塔的维护和修缮提供理论依据。     

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。     

基于智能可穿戴设备的Human Shaker结构动力测试方法

已建结构的动力测试是了解其实际动力性能、提升建模和计算分析精度、检测结构损伤情况的重要手段。提出了Human Shaker(HS)的方法,利用人的行走、跳跃和摆动等运动实现对结构的激振,由智能可穿戴设备得到激振荷载和结构响应,并由此识别结构的模态参数。首先建立了由特征点加速度重构人致激振荷载的方法,以及利用可穿戴设备的HS应用步骤,进而以横向摆动为例通过实验确定了特征点位置及其对应的质量参与修正系数。最后将HS技术应用于某实际结构的动力测试和模态参数识别,结果表明,HS技术可以方便快捷地用于中小型结构的模态测试。     

金属橡胶包覆管路阻尼结构减振性能研究

提出薄片型金属橡胶制备难点,并解决了其制备难题。基于双折线模型,对管路包覆阻尼结构做力学分析及合理性简化,建立合适的力学模型,利用等效线性化方法将单自由度滞迟系统力学模型做线性等效,分析了金属橡胶刚度和阻尼随激振力变化规律,并进行了试验验证。同时提出表征包覆阻尼结构减振性能的表征量,通过试验研究了金属橡胶包覆阻尼结构的减振特性随其成型密度、包覆层数、激励量级的变化规律,为管路系统减振等工程应用提供了理论和实验依据。     

多点复杂载荷作用下结构振动仿真与试验研究

多点复杂载荷激励作用下舰船等结构的振动响应问题是进行声辐射问题求解的前提。以安装于基座面板上的激振电机作为激振源,振源与基座面板通过力传感器进行多点连接,分别使用力传感器和加速度计测量激振电机运转时输入至结构的激振力和安装点处的加速度值。采用MATLAB和LabVIEW两种编程语言混合编程,考虑相位差的影响,结合有限元法获取的传递函数,对多点激励下的振动响应进行仿真和试验研究。并探讨了结构在力型输入和加速度型输入条件下,多点激振的振动响应求解方法,试验研究的结果验证了多点激振时传递函数理论计算结果的正确性。对比研究结果表明采用力型输入所得结果与实验结果符合最好,且影响加速度型作为输入条件求解振动响应精度的因素多,并非参与运算的通道越多所得结果越好。     

现代消防技术在古建筑保护中的应用探讨

古建筑是各民族的宝贵财产,火灾使古建筑面临重要的挑战, 防火是古建筑保护遇到的第一大问题。我国古建筑多为木结构,管理手段和技术措施不到位,火灾危险性尤为突出。在充分考虑古建筑的特殊性,贯彻古建筑保护工作的基本原则,把现代的消防技术应用到古建筑的保护中去。本文就古代防火措施,古建筑中存在的火灾隐患及现代消防技术在古建筑保护中的应用进行了简单的阐述。     

基于枝干振动采摘机理的采摘机激振机构设计

为了实现树莓高效机械化采摘,探究树莓的振动采摘机理,建立树莓采摘力数学模型。根据采摘机理设计一种通过对采摘主轴施加不同刹车阻力实现激振频率可调的采摘机激振机构,建立采摘机激振机构三维模型,并用ADAMS对其进行仿真分析,通过仿真验证了采摘机激振机构的激振频率会在一定范围内随着采摘主轴所受阻力的增加而增加。通过样机实验验证了采摘机激振机构的可行性。样机的最佳采收率达到81%,采青率降到11.5%。