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基于小波包能量曲率差的古木结构损伤识别

振动与冲击 2014年第7期33卷 153-159,186页

作者：王鑫胡卫兵孟昭博西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 聊城大学建筑工程学院山东聊城252000

以西安钟楼为工程依托,对随机激励作用下古木结构的损伤进行有限元模拟,把古木结构梁上各节点的加速度响应信号进行小波包分解,通过小波包能量曲率差对古木结构进行损伤定位。在无噪声干扰时,该指标对于古木结构的损伤定位比较敏感,可... 详细信息

以西安钟楼为工程依托,对随机激励作用下古木结构的损伤进行有限元模拟,把古木结构梁上各节点的加速度响应信号进行小波包分解,通过小波包能量曲率差对古木结构进行损伤定位。在无噪声干扰时,该指标对于古木结构的损伤定位比较敏感,可准确判定古木结构的损伤位置,该指标随损伤程度的加大而增大。该指标在高斯白噪声干扰下,当信噪比SNR大于或等于40 db时,能对古木结构的损伤进行准确定位,该指标具有一定的抗噪声干扰能力。随后得出了损伤指标和损伤程度之间的函数关系式,用其进行损伤程度的判断并验算其适用性,为研究环境激励下西安钟楼的损伤预警提供了理论依据。

关键词：古木结构有限元损伤识别小波包能量曲率差

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基于自相关峰值变化率的古木结构损伤识别

结构工程师 2020年第3期36卷 48-55页

作者：侯艳芳胡卫兵杨佳西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 陕西工业职业技术学院土木工程学院咸阳712000

提出了随机振动结构基于测点动力响应的自相关函数幅值向量(Auto-Correlation Function Amplitude Vector,ACFA)的损伤识别方法.将完好结构在两个随机激励下的两组自相关函数幅值向量之间的互相关系数作为损伤识别的基准值,损伤结构的A... 详细信息

提出了随机振动结构基于测点动力响应的自相关函数幅值向量(Auto-Correlation Function Amplitude Vector,ACFA)的损伤识别方法.将完好结构在两个随机激励下的两组自相关函数幅值向量之间的互相关系数作为损伤识别的基准值,损伤结构的ACFA与完好结构的ACFA之间的互相关系数与基准值相比有明显的降低,由此可以判别结构发生了损伤.计算结构损伤前后各测点自相关函数峰值的变化率,波动程度最大的相邻两个测点对应着损伤单元的两个节点,确定了结构的损伤位置.通过一榀木框架有限元模型验证了该方法的有效性,为研究古建筑木结构的损伤识别与定位提供了理论基础.

关键词：古木结构自相关函数互相关系数损伤识别损伤定位

新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究

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新型三维隔震装置设计及其在古木结构中应用研究

作者：肖发平广州大学

学位级别：硕士

本文在总结竖向地震作用研究现状、三维隔震装置的研究现状及一种常用于竖向隔震的构件-碟形弹簧的研究历史及现状的基础上,提出一种新型三维隔震装置来实现西安钟楼古木结构三向隔震。开展的研究工作与结论如下:(1)首先基于碟形弹簧和... 详细信息

本文在总结竖向地震作用研究现状、三维隔震装置的研究现状及一种常用于竖向隔震的构件-碟形弹簧的研究历史及现状的基础上,提出一种新型三维隔震装置来实现西安钟楼古木结构三向隔震。开展的研究工作与结论如下:(1)首先基于碟形弹簧和钢丝绳的特性,提出一种反压式碟形弹簧隔震器,其设计思路及原理为:能够在装置无论受拉或是受压时,其内的碟形弹簧组始终保持受压状态,且改变预拉钢丝绳的长度即可改变反压式碟形弹簧隔震器的初始刚度;对反压式碟形弹簧隔震器的参数计算公式进行推导,设计了一个竖向承载力为498kN,极限变形量为44.8mm的碟形弹簧组,通过一个算例验证总结的设计流程的合理性,结合竖向隔震原理和反压式碟形弹簧隔震器的双折线恢复力模型,提出本文所设计的新型三维隔震装置。(2)采用ABAQUS软件对设计碟形弹簧组和上下盖板建立有限元模型,其碟形弹簧之间摩擦系数μ采用0.005,碟形弹簧与上下盖板之间摩擦μ取0.3,顶顶对合和底底对合的接触方式分别采用绑定连接和考虑摩擦的面面接触,可得到较好的模拟结果。(3)对整体模型进行直线和sin函数位移荷载作用下的压平荷载与规范进行对比,误差仅为0.59%和1.82%,验证碟形弹簧加上下盖板的整体模型的合理性;其后进行不同预压量、加载频率和加载幅值工况下的动力分析,得到整体模型的等效刚度接近14kN/m,等效阻尼比在不同工况下在10%0%之间变化;等效刚度随着加载频率的增大先减小后增大,但随着初始预压量和加载幅值的增大,等效刚度略有减小;等效阻尼比随加载频率和加载幅值的增大而逐渐增大,预压量对等效阻尼比的影响不大。(4)反压式碟形弹簧隔震器的试验研究,得到模拟的结果与试验结果吻合;通过静载试验验证了有限元模拟及装置的合理性,误差最大为8.97%,最小仅为1.77%;动载试验验证了有限元模拟得到的装置等效刚度及等效阻尼比随加载频率、预压量及加载幅值的变化规律的合理性。(5)采用SAP2000软件建立西安钟楼木结构有限元模型,将计算结果与已有研究成果对比分析,验证所建模型的合理性;对反压式碟形弹簧隔震器与下连接板之间的夹角进行对比分析,得到最优角度60,将得到的三维隔震参数作为隔震单元的基础属性,对钟楼古木结构进行7条地震波作用下隔震分析,隔震后层间剪力和层间位移角均有减小,柱顶41号节点和顶点69号节点X、Y和Z向加速度均有较大程度的降低,且隔震层满足竖向承载力、抗风以及抗倾覆的验算要求。从而验证所设三维隔震装置的合理性及有效性,可为古木结构开展三维隔震提供参考和技术支撑。

关键词：竖向地震碟形弹簧三维隔震装置古木结构隔震分析

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榫卯连接的古木结构动力分析

宁波大学学报（理工版） 2004年第3期17卷 332-335页

作者：仓盛竺润祥任茶仙俞茂宏宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 西安交通大学建筑工程学院陕西西安710049

以宁波保国寺大殿为例 ,应用有限元理论对榫卯结构和大殿整体进行分析 ,得到典型榫卯连接刚度以及大殿的固有频率、振型以及Elcentro地震波作用下的位移响应曲线 .文中提供的方法和结论 ,可供古建筑保护工作者在进行类似结构分析中借鉴 .

关键词：古木结构榫卯连接接触理论固有特性有限单元法

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基于小波包能量谱的古木结构损伤识别

城市道桥与防洪 2016年第3期 177-181,17页

作者：杨帆王鑫天水师范学院土木工程学院甘肃天水741001

通过对古木结构损伤进行有限元分析,提出了随机激励作用下古木结构的小波包能量变化率指标,表明该指标对于古木结构的损伤比较敏感,可以准确地判定古木结构损伤出现的位置,损伤程度越大,此指标越大。随后又提出了古木结构损伤程度的判... 详细信息

通过对古木结构损伤进行有限元分析,提出了随机激励作用下古木结构的小波包能量变化率指标,表明该指标对于古木结构的损伤比较敏感,可以准确地判定古木结构损伤出现的位置,损伤程度越大,此指标越大。随后又提出了古木结构损伤程度的判定方法,并验证了其适用性,为研究环境激励下古木结构的损伤识别奠定了理论基础。

关键词：古木结构有限元小波包能量谱损伤识别小波包能量变化率

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榫卯连接的古木结构静力分析

榫卯连接的古木结构静力分析

第十二届全国结构工程学术会议

作者：竺润祥董益平任茶仙俞茂宏宁波大学建工学院西安交通大学建工学院

对古木结构进行静力分析有助于古建筑遗产的维修和保护。榫卯连接的古木结构可视为半刚性连接结构,对其进行静力分析,包括应用接触理论求得榫卯连接处的刚度以及考虑连接刚度的结构整体分析两部分内容。本文以宁波保国寺大殿为例对古木... 详细信息

对古木结构进行静力分析有助于古建筑遗产的维修和保护。榫卯连接的古木结构可视为半刚性连接结构,对其进行静力分析,包括应用接触理论求得榫卯连接处的刚度以及考虑连接刚度的结构整体分析两部分内容。本文以宁波保国寺大殿为例对古木结构进行了静力分析。计算结果和分析已直接为大殿的维修和保护提供了科学依据。本文提供的方法可供古建筑保护工作者和进行类似结构分析借鉴。

关键词：古木结构榫卯连接接触理论有限单元法

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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应县木塔抗震性能研究

土木工程学报 2010年第S1期43卷 363-370页

作者：杜雷鸣李海旺薛飞秦冬祺山西工程职业技术学院山西太原030009 太原理工大学山西太原030013 山西省电力勘察设计院山西太原030001

利用数值模拟方法研究应县木塔的动力特性及其抗震性能。首先从斗拱连接的实际构造出发,建立反映接触传力机制的斗拱节点域计算模型,研究其自身的动力特性,并利用动力特性等效方法将斗拱节点域简化为刚接简化模型和铰接简化模型。然后... 详细信息

利用数值模拟方法研究应县木塔的动力特性及其抗震性能。首先从斗拱连接的实际构造出发,建立反映接触传力机制的斗拱节点域计算模型,研究其自身的动力特性,并利用动力特性等效方法将斗拱节点域简化为刚接简化模型和铰接简化模型。然后用简化节点域模型代替实际斗拱节点域建立木塔整体刚接和铰接有限元模型,并对这两个计算模型开展动力特性分析、弹性反应谱分析和时程分析。最后根据计算结果和相关研究成果对其地震作用下的性能进行评估。结果表明:木塔实测振型和计算振型基本相似,实测前4阶振型周期介于刚接计算模型与铰接计算模型之间;木塔二层明层是木塔的薄弱层;木塔在7度(0.15g)多遇地震作用下将产生严重损坏,二层明层位移角接近木塔倒塌的限值,在设防地震作用下有倒塌的可能。

关键词：古木结构斗拱动力特性抗震性能应县木塔

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西安钟楼木结构地震响应参数分析

结构工程师 2019年第4期35卷 90-97页

作者：罗云黄超群李浩广州大学土木工程学院

采用ANSYS软件建立西安钟楼有限元模型,与既有研究成果对比,验证了钟楼有限元模型的准确性。基于此模型分析了地震动输入峰值、不同维度地震动、建筑年代等参数对钟楼木结构加速度、位移、基底剪力等地震响应的影响规律。分析结果表明:... 详细信息

采用ANSYS软件建立西安钟楼有限元模型,与既有研究成果对比,验证了钟楼有限元模型的准确性。基于此模型分析了地震动输入峰值、不同维度地震动、建筑年代等参数对钟楼木结构加速度、位移、基底剪力等地震响应的影响规律。分析结果表明:随着地震动输入峰值的增大,结构加速度、位移响应均显著增大;地震波的竖向分量对结构具有一定的影响力,但是水平向地震对钟楼木结构的影响占主要部分;而随着钟楼建造时间增加,结构刚度下降,自振周期变长,在相同地震动作用下位移响应会相应延后,结构基底剪力和加速度峰值呈现下降趋势,但是结构位移峰值逐渐增加。

关键词：古木结构地震响应建造年代输入维度

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荷载及环境共同作用下古木框架静力性能研究

荷载及环境共同作用下古木框架静力性能研究

作者：欧阳奇福州大学

学位级别：硕士

古木建筑主要以木框架为主要承重结构,各构件之间通常采用榫卯连接组合在一起。木材是一种多孔且吸湿的生物材料,容易受周围环境中温湿度变化的影响。在温湿度变化的情况下,木材内部会出现较大的湿热应力。在荷载及环境中温湿度变化共... 详细信息

古木建筑主要以木框架为主要承重结构,各构件之间通常采用榫卯连接组合在一起。木材是一种多孔且吸湿的生物材料,容易受周围环境中温湿度变化的影响。在温湿度变化的情况下,木材内部会出现较大的湿热应力。在荷载及环境中温湿度变化共同作用下,木结构会出现普通蠕变以及机械吸附蠕变现象,使得木结构出现复杂的应力和变形情况。古木结构的服役年限一般都很长,因此古木结构长期地受到荷载和环境的作用,这势必会影响古木结构的承载能力,最终会影响古木结构的正常使用和安全可靠性。为此本文对荷载及环境共同作用下古木框架的静力性能开展了研究,主要的研究工作与取得成果如下:(1)选取古木材加工成试件进行古木材性实验及木梁抗弯的机械吸附蠕变实验。通过木梁抗弯的机械吸附蠕变实验,得到了木材机械吸附蠕变的规律,实验表明,木梁跨中挠度随环境中相对湿度变化上下波动,其中当环境中相对湿度下降时,木梁的跨中挠度增加;当环境中相对湿度上升时,木梁的跨中挠度下降,木梁跨中挠度上升的幅度要大于下降的幅度,因此木梁的跨中挠度会有一部分残余变形,使得木梁跨中挠度整体呈上升的趋势。并且通过实验中设置的对照实验,发现尺寸小的木梁其跨中挠度变化幅度比尺寸大的木梁更大,机械吸附现象更加明显。(2)采用Tsai-Wu准则作为木材的屈服准则,综合考虑了木材的普通蠕变及机械吸附蠕变效应,推导并建立了温湿度变化下木材的弹塑性本构方程,并将其编入有限元软件ABAQUS的用户子程序UMAT中,实现对荷载及温湿度变化共同作用下古木结构的有限元模拟。通过有限元模拟结果与实验结果进行对比,验证了本构模型的正确性。(3)利用有限元软件ABAQUS建立了燕尾榫木框架及透榫木框架的短期温湿度变化模型和长期温湿度变化模型。计算分析发现,在短期的荷载及环境中温湿度变化共同作用下,木框架中出现了较大的横纹应力;在长期的荷载及环境中温湿度变化共同作用下两种类型的木框架的额枋跨中挠度均会随时间不断增加,出现了结构性的损伤。利用MATLAB软件对古木框架额枋跨中挠度曲线进行拟合,提出了在荷载及温湿度变化作用下古木框架额枋跨中挠度的计算公式。

关键词：古木结构湿热应力普通蠕变机械吸附蠕变子程序有限元模型