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钢结构工程高强度螺栓微小松动视觉检测方法研究

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中国公路学报 2024年第2期37卷 125-141页

作者：姚志东陈志华刘红波卢佳祁天津大学建筑工程学院天津300072 中冶建筑研究总院(深圳)有限公司广东深圳518055

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对... 详细信息

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对钢结构螺栓连接节点,提出了基于深度学习的螺栓松动视觉检测方法。首先,基于YOLOv5检测螺栓目标。针对螺栓感兴趣区域(RoI),基于鲁棒性较高的Attention U-Net提取螺栓轮廓边缘直线。为了提高螺栓目标检测精度,目标检测模型应设定较低置信度阈值以保证目标无漏检,再通过螺栓RoI提取的边缘直线数量筛除伪螺栓。使用透视变换法对节点图像进行矫正,变换所需的参考点是根据螺栓检测框之间空间移动后的相交关系自动定位的。最后,根据矫正图像中的螺栓轮廓边缘直线计算螺栓角度,通过检测螺栓和基准螺栓之间的角度差异判断松动情况。研究结果表明:螺栓目标检测的AP值为0.97;螺栓轮廓边缘检测的准确率、召回率和F1的均值分别为0.846、0.807与0.825,且在多种复杂背景干扰下具有较高的鲁棒性;伪螺栓筛除法可过滤掉99.82%的伪螺栓目标;提出的图像矫正法适用于常见的多种螺栓排列形式的连接节点;当松动判别阈值仅为2.8°时,螺栓松动检测的准确率可达99.7%。该方法在大型钢结构螺栓连接节点自动化运维方面具有较好的应用前景。

关键词：桥梁工程螺栓微小松动检测计算机视觉与深度学习连接节点目标检测轮廓边缘直线检测透视矫正

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灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第3期57卷 311-320页

作者：陈志华孟凡贵刘红波尚静媛崔萌闫翔宇天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学土木工程学院邯郸056038 天津津贝尔建筑工程试验检测技术有限公司天津300130 天津建工科技有限公司天津300403

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结... 详细信息

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结果表明:①在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;②在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%~32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;③在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%~47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大.

关键词：模块钢结构节点水泥基灌浆料轴压性能轴拉性能抗弯性能

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柴油机活塞燃烧室疲劳开裂失效机理研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 93-105页

作者：熊培友田小青张俊青宋树峰赵旭东乔信起上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 滨州渤海活塞有限公司山东滨州256600 滨州职业学院国际学院山东滨州256600

以2种不同结构的柴油机活塞为研究对象,在相同的试验条件下进行发动机疲劳耐久可靠性台架试验,直至2种活塞分别开裂失效。试验结束后,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对活塞的微观组织和裂纹形貌进行表征,并结合有限元模拟对活塞燃烧室... 详细信息

以2种不同结构的柴油机活塞为研究对象,在相同的试验条件下进行发动机疲劳耐久可靠性台架试验,直至2种活塞分别开裂失效。试验结束后,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对活塞的微观组织和裂纹形貌进行表征,并结合有限元模拟对活塞燃烧室的开裂失效机理进行研究。研究结果表明:活塞在机械或热机耦合载荷作用下,燃烧室底部会出现较高的拉应力,而机械载荷的周向应力最大值出现在销孔方向的燃烧室底部;活塞运行时间越长,活塞材料越容易发生“过时效”,从而导致活塞的强度和硬度明显下降,引发开裂失效风险;通过将活塞内冷油腔位置向上移动,并根据燃烧室形状将内腔顶部进行等壁厚随形设计,可以降低燃烧室部位的机械及热机耦合应力,有效提高活塞服役寿命。

关键词：柴油机活塞燃烧室疲劳失效

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泸定县6.8级地震村镇建筑震害调查与分析

振动与冲击 2024年第6期43卷 121-131,140页

作者：陈云董金爽张奉超海南大学土木建筑工程学院海口570228 中铁一局集团建筑安装工程有限公司西安710054

为分析泸定县6.8级地震中村镇建筑的震害,对震中附近的磨西镇、得妥镇、燕子沟镇的村镇建筑开展了震害调查,总结村镇结构中砖木结构、砖混结构和框架结构的典型震害特征,对震中附近评估烈度为Ⅸ度区域的村镇建筑进行地震破坏等级评估、... 详细信息

为分析泸定县6.8级地震中村镇建筑的震害,对震中附近的磨西镇、得妥镇、燕子沟镇的村镇建筑开展了震害调查,总结村镇结构中砖木结构、砖混结构和框架结构的典型震害特征,对震中附近评估烈度为Ⅸ度区域的村镇建筑进行地震破坏等级评估、统计与分析。调查结果显示:整体上,砖木结构及砖混结构是此次地震中震害现象较为明显和严重的结构形式;框架结构震害整体较轻,基本未破坏数量占调研框架结构的72.5%。砖木结构及砖混结构震害特征主要表现为地基的不均匀沉降、墙体开裂、楼(屋)面破坏、非结构构件破坏及整体倒塌;框架结构震害特征主要表现为梁、柱及节点破坏、非结构构件的破坏。此次地震中,砖木结构、砖混结构严重破坏及倒塌的房屋占该两类房屋整体震害的比例较高,严重破坏砖木及砖混结构约为框架结构的6倍,且框架结构未出现倒塌,基本未破坏的框架结构占比较高。3种结构抗震能力由强到弱依次为:框架结构、砖混结构、砖木结构。针对不同结构形式的震害特征,应通过抗震加固全面提升可修复震害房屋及既有农房抗震防灾能力,以提高村镇建筑整体力学性能,减少地震伤亡及损失。

关键词：泸定地震震害调查村镇建筑砖木结构砖混结构框架结构

结合多通道MTF和CNN的框架结构损伤识别方法

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振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 217-224,404,405页

作者：梁韬叶涛萍李守文方佳畅黄天立中南大学土木工程学院长沙410075 中建二局第一建筑工程有限公司北京100023

为提高复杂框架结构损伤识别的准确率,提出了一种基于多通道马尔可夫变迁场(multi-channel Markov transition field,简称MCMTF)和卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)的框架结构损伤识别方法。首先,采用MCMTF理论将原... 详细信息

为提高复杂框架结构损伤识别的准确率,提出了一种基于多通道马尔可夫变迁场(multi-channel Markov transition field,简称MCMTF)和卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)的框架结构损伤识别方法。首先,采用MCMTF理论将原始一维振动信号转换为二维图像,实现数据升维和多通道数据融合;其次,以MCMTF转换后的图像数据集作为输入训练CNN模型;最后,经调参优化自动提取损伤敏感特征,并实现损伤识别。将该方法应用于IASC-ASCE Benchmark框架结构数值模型及3层钢框架结构模型试验,对比研究了多通道MTF、单通道MTF和原始数据矩阵3种数据输入方式,CNN、长短时记忆(long short term memory,简称LSTM)神经网络和深度神经网络(deep neural network,简称DNN)3种网络模型,以及噪声对框架结构损伤识别准确率的影响。结果表明:MCMTF与CNN结合方法的损伤识别准确率最优且具有良好的鲁棒性,其对Benchmark框架数值模型模拟损伤的识别准确率可达94.4%,对3层钢框架试验模型实际损伤的识别准确率可达98.4%。

关键词：损伤识别振动响应卷积神经网络多通道马尔可夫变迁场数据升维数据融合

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曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

铁道工程学报 2024年第5期41卷 19-27页

作者：郑小博蒋昆昆侯炜周勇军沈传东长安大学西安710064 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中建二局第三建筑工程有限公司北京100700

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲... 详细信息

研究目的:小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。研究结论:(1)边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3(横隔板过焊孔圆弧位置)的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;(2)车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;(3)通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;(4)本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

关键词：桥梁工程局部应力多目标优化正交异性钢桥面板曲线钢箱梁

集成黏滞阻尼伸臂减震装置超高层建筑结构续建改造设计

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 1-11页

作者：胡道航赵昕同济大学建筑工程系上海200092 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200092

为了在超高层建筑结构续建改造设计中减少已建结构的改造工程量,通过附加黏滞阻尼装置有效提高高层建筑在地震作用下的结构耗能,从而降低结构的内力和变形响应。研究了黏滞阻尼伸臂的变形放大原理,介绍了黏滞阻尼伸臂的最优布置方法,并... 详细信息

为了在超高层建筑结构续建改造设计中减少已建结构的改造工程量,通过附加黏滞阻尼装置有效提高高层建筑在地震作用下的结构耗能,从而降低结构的内力和变形响应。研究了黏滞阻尼伸臂的变形放大原理,介绍了黏滞阻尼伸臂的最优布置方法,并提出了续建改造多状态矩阵,分析了续建改造项目典型驱动因素,总结了集成黏滞阻尼伸臂减震装置的超高层建筑结构续建改造设计策略,最后以工程实例验证该方法的有效性及准确性。结果表明:黏滞阻尼伸臂适用于以弯曲变形为主的超高层建筑结构,变形放大系数可近似为区格的跨度与高度之比,理论放大系数一般为2~3;采用基于阻尼耗能排序不变假定的黏滞阻尼伸臂设计方法,仅需对结构进行一次满布阻尼计算分析即可确定耗能排序及各附加阻尼方案;在以弯曲变形为主的框架核心筒结构中,阻尼伸臂布置在中、高区减震效果最好,距离该位置越远,耗能效果越差,相邻两道伸臂式阻尼提供的附加阻尼比相差约15%;在续建改造项目中布置黏滞阻尼减震系统,黏滞阻尼器提供的附加阻尼并非越大越好,存在使结构综合成本最低的集成减震设计方案;黏滞阻尼伸臂减震集成设计方法在提升结构抗震性能的同时有效降低了结构续建改造成本,具有实际工程价值。

关键词：超高层建筑结构续建改造设计敏感性优化方法续建改造多状态矩阵黏滞阻尼伸臂减震集成设计

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塔吊与工人空间交互下危险场景自动检测

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 198-204页

作者：张知田王园园罗柱邦郭子扬郭红领清华大学建设管理系北京100084 中交第三公路工程局有限公司建筑工程分公司北京100020

塔吊作业具有持续时间长、范围大以及与工人空间交互复杂的特点,导致塔吊事故频发且往往损失重大。为了提升塔吊运行相关危险场景检测的及时性和有效性,该文基于信息化手段,提出了塔吊运行过程中危险场景的自动检测方法。该方法基于建... 详细信息

塔吊作业具有持续时间长、范围大以及与工人空间交互复杂的特点,导致塔吊事故频发且往往损失重大。为了提升塔吊运行相关危险场景检测的及时性和有效性,该文基于信息化手段,提出了塔吊运行过程中危险场景的自动检测方法。该方法基于建筑信息模型(BIM)、传感器和计算机视觉等技术,通过获取塔吊运行状态与工人作业状态,分析两者之间的空间交互关系,在判别规则的基础上实现了危险场景自动检测。案例应用表明,该自动检测方法是可行的和有效的。

关键词：施工安全塔吊工人危险场景自动检测

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北京大兴国际机场航站楼风场和风压特性实测

建筑结构学报 2024年第7期45卷 120-130页

作者：万华平胡鹏华刘玄张文杰秦凯罗尧治浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 北京市建筑设计研究院有限公司北京100045

大跨度空间结构是典型的风敏感结构,其风场和风压具有强随机性和时空分布特性,因此有必要开展全面、系统的结构风场和风压同步实测研究。基于北京大兴国际机场航站楼的风速和风压实测数据,开展航站楼屋面风场和风压特性研究,分析航站楼... 详细信息

大跨度空间结构是典型的风敏感结构,其风场和风压具有强随机性和时空分布特性,因此有必要开展全面、系统的结构风场和风压同步实测研究。基于北京大兴国际机场航站楼的风速和风压实测数据,开展航站楼屋面风场和风压特性研究,分析航站楼屋面不同位置处的风场特性以及不同风场特性之间的关系,结合实测风场特性研究航站楼屋面风压的时空分布规律和非高斯特性,并对比分析脉动风压功率谱密度和脉动风速功率谱密度。结果表明:航站楼屋面不同位置处风场特性存在较大差异,平均风速与湍流强度及阵风因子呈负相关,湍流强度与阵风因子呈正相关;屋面风压在易产生特征湍流的迎风边缘和连廊位置具有复杂的时空分布特性,屋面大部分区域风压为偏度小于0和峰度大于3的非高斯分布,脉动风压功率谱密度和脉动风速功率谱密度受屋面特征湍流影响显著。

关键词：北京大兴国际机场现场实测风场特性风压分布非高斯特性