应县木塔结构变形现状及分析

为了解应县木塔的构件变形和整体变形现状,对其圆柱的柱头和柱脚坐标、阑额和乳栿的挠度、楼板的相对高程进行了现场测量和分析,得到了圆柱倾斜水平投影值和柱脚高程、内外槽高差、阑额和乳栿的挠曲程度和整体变形等几何参数和力学特征。结果表明:在构件变形层面,应县木塔二层明层和三层的圆柱倾斜最严重,四层平坐层和五层平坐层外槽南侧、西南侧和北侧的圆柱倾斜水平投影值较大,木塔向东北向的倾斜仍在加剧;柱脚呈现出南高北低的规律,内、外槽高差从二层明层往上依次减小;除四层明层和五层明层外,其他各层均有25%~35%的阑额挠度过大,需要进行替换或加固,乳栿挠度相对较小;木塔的整体变形在东西向和南北向存在显著差异,从二层平坐层至五层明层,东西向各层中心偏移值先增大后减小,南北向各层中心偏移值逐层递增;二层明层到三层明层外槽柱向东的中心偏移量占木塔在该方向整体倾斜偏移量的75%,二层明层外槽柱向北的层位移占木塔在该方向整体倾斜偏移量的42%,各层中心偏移方向也存在差异。     

基于最小二乘原理的移动测量传感器集成检校技术研究

移动激光雷达测量系统由多个传感器集合而成,各传感器采集数据相对独立,集成安装后获取点云精度质量通常难以控制。针对这一问题,提出了一种基于最小二乘平差原理的特征点检校方法,结合空间配准算法构建推导平差模型,求解误差参数。通过多源传感器数据融合配准,对加入误差改正数后的成果点云质量比较分析。实验结果表明,这种检校方法能够达到提升点云模型精度的目的。     

营造尺和材分制:应县木塔五层木构表里数据采集与试解*

建立在本研究团队既有假说与分析基础上,本文选取应县木塔五层外檐铺作作为研究对象,分别以三维激光扫描和计算机 X 射线成像(CR-Computed Radiography) 技术采集外部设计与内部隐蔽构造数据信息,充分结合实测数据对现有成果进行验证,并对应县木塔五层斗栱材分制度、尺度设计和部分内部榫卯设计进一步提出以下推论： 一,应县木塔五层斗栱足材广约 1.2 尺(20 分°),单材广约 8.4 寸(14 分°);材厚在 5 寸至 6 寸之间,或存在多种设计;二,应县木塔五层大木设计之中丈尺设计与材分设计或同时存在：以丈尺控制开间(朵距)、屋架、栱长整体比例关系,以材分配合栱与斗的精细设计;三,应县木塔五层斗栱的内部榫卯设计同样受到丈尺和材分思想的双重控制。此外,本文还强调三维激光扫描技术和计算机 X 射线成像技术综合运用在古建筑研究中的深远前景,同时也讨论了现有技术条件的局限和本研究的不足之处。     

基于FPFH特征的三维点云配准方法研究

随着三维激光扫描技术的发展,利用点云数据的三维重建技术在逆向工程、虚拟现实等领域有着广泛应用。在实际扫描测量中,由于环境条件不好或者目标物体被遮挡,为了获得被测物体完整的表面信息,通常需要在多视角下采集数据,点云配准将不同视角下的点云坐标变换到统一的坐标系,便于后续应用。目前点云配准有很多算法,本文主要研究基于FPFH特征描述子对点云进行粗配准,然后使用ICP算法配准,实现三维点云的精确配准。实验结果表明,本文使用的配准方法具有可行性与有效性,为点云配准提供了一种借鉴方法。     

应县木塔病害治理研究

应县木塔从建成至今已有近千年历史,塔体残损变形已极其严重.观测发现,木塔的整体变形和单柱倾斜都极为严重且发展较快,尤其近6年柱网变形明显加速,木塔随时都有倒塌的可能.针对塔体的病害特点,提出了桁架网片止偏及纠偏治理思路,并对2层柱网的纠偏过程进行了有限元模拟.通过分析发现,纠偏后木塔梁、柱的最大应力值变小且各柱的变形发展趋势有利于木塔的整体稳定,说明该纠偏方案是可行的.希望能对相关木塔的修缮提供一定的参考.     

应县木塔保护的世纪之争

应县木塔是我国现存传统古代木结构建筑中最宏伟,高度最高、体量最大、该类型年代最久远的建筑遗产,也是现存木结构中存在安全风险最大的一处,具有木结构的倾斜、位移、构件损坏、材料风化等问题。应县木塔的保护、研究工作同样成为备受关注的焦点,近几十年关于保护与维修一直在进行着不懈的探讨,提出了落架大修、木塔全支撑、上部抬升等方案,同时也对木塔的现状维修进行了探索,即在保持木塔现有建筑形态不动、原有结构受力体系不变、原有构件和材料基本不换的大前提下,针对木塔目前存在的有可能导致木塔安全受损的主要病害,进行有针对性的加固、补强和修复。     

应县木塔二层明层外槽柱头铺作解构

<正>应县木塔是山西应县佛宫寺释迦塔的简称,外观五层六檐,主体结构实为九层(彩插图1)。其中,夹在相邻明层之间的四个结构层为平坐层(也称"暗层"),是一个中空的双层环状结构;其余五层为明层,每层均供奉佛像。每个结构层又都是由柱框层与铺作层组成的(图1),铺作层的构造对维持应县木塔整体     

大型建筑多测站点云数据配准研究

地面三维激光扫描仪是一种新的空间数据采集设备,在实际应用中,常需要将多测站点云数据或其构成的模型数据转换到地面测量坐标中;无协作目标电子全站仪无需安置棱镜和反射片作为反射目标即能测定待定点的空间位置[1]。通过在扫描对象周围布设控制点,利用高精度无协作目标全站仪与地面三维激光扫描仪采集、拟合布设在研究对象上的靶标靶心坐标,根据摄影测量原理,利用同名点对,解算旋转参数和平移参数,实现扫描仪坐标系下的点云数据到地面测量坐标系的转换。点云数据靶心坐标的精确提取与全站仪靶心坐标的精确测量是实现坐标转换良好效果的基础。     

基于海量点云的钢结构形变分析

常规的钢结构健康监测方法效率低,不能满足钢结构形变分析的要求。三维激光扫描技术具有采集速度快、点位精度高等技术优势使其适用于钢结构的形变分析中。本文采用三维激光扫描仪通过分段闭合扫描路线采集特高压南阳变电站海量点云数据,并详细介绍了海量变电站点云数据的去躁、配准、重建过程,实现了变电站整体数字化重建。同时,根据挠度分析法讨论了站内钢架结构的挠度偏移,基于坐标分量中误差评价了钢架结构的健康程度,实现了变电站钢架结构的挠度形变分析。     

高层古建筑木结构--应县木塔现状结构评价

位于山西省应县、建于公元 10 5 6年、高度为 65 86m的应县木塔 ,由于材料受化学、物理、生物等的侵蚀 ,结构受地震、大风、竖向载荷及人为损坏等 ,面临修缮与加固。对其结构的详细评价成为修缮加固的基础。(1)根据实测结果分析了木塔构件及整体变形 ,对残损严重的二层平坐层变形进行了详细讨论。 (2 )以变形、残损和构件承载能力为依据对各类构件进行了可靠性等级划分 ,分析了其分布特征及构件和整体的残损状态。 (3 )根据应县木塔 1 10模型拟动力试验结果 ,得到结构非线性恢复力曲线 ,利用能量等效原则分析了木塔弹塑性地震反应 ,划分并标定了木结构地震损坏等级和参数 ,评价了木塔在不同地震烈度下的损伤程度     

应县木塔风压分布的风洞试验与CFD模拟研究

风荷载作用下高耸古木塔的结构安全在建筑遗产保护领域备受关注。为了研究古木塔风压分布特性,开展了应县木塔的1∶50刚性模型风洞试验,并进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟分析。提出复杂中式高耸古木塔的几何建模与网格尺寸划分策略,并使用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法对木塔的表面风压进行预测,分析木塔的风压分布特性,与风洞试验结果进行对比,并考察风场经过木塔时的流动行为。研究表明：木塔迎风面中上部产生较大风压力,且沿风场的流动方向变小至侧风面转为风吸力,而屋顶风均受风吸力作用;利用Revit软件可准确高效地对具有复杂构型的中式古木塔进行几何建模与处理;对比分析发现,基于RANS的Realizable k-ε湍流模型的CFD技术,可以准确预测木塔表面风压力。     

应县木塔斗栱模型试验研究

以应县木塔中的代表性斗栱为研究对象,采用实体模型试验方法,确定斗栱传递荷载的机理和抵抗变形的特性,提供适用于构建斗栱简化模型的力学参数。试验研究选取三种典型斗栱：柱头铺作、补间铺作和转角铺作,按照1∶3的比例制作成模型;通过竖向荷载试验,得到斗栱的竖向荷载-竖向变形曲线和材料开裂前的抗压刚度;进行了竖向荷载作用下的水平低周反复荷载试验,得到斗栱在竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的荷载-水平位移曲线和骨架曲线,确定斗栱侧向变形的特征和耗散能量的能力。研究结果表明：斗栱的竖向抗压刚度取决于沿轴心连接构件的承压面积以及材料的弹性模量,其失效特征主要为栌斗在剪压状态下的竖向劈裂;斗栱在水平反复荷载作用下的失效特征表现为泥道栱薄弱内槽面的水平劈裂,斗栱的抗侧移刚度随着竖向荷载的增加而增加,摩擦剪切耗能是斗栱耗散能量的主要方式。图12表5参11     

苏州虎丘塔塔体水平形变分析

对 198 5年虎丘塔维修工程结束以来的大量水平形变观测数据进行了处理 ,对观测数据进行了拟合计算 ,滤去误差 ,分离出变形信息。对计算结果的分析表明 ,虎丘塔各层形变量呈逐层增加 ,整体仍在微小倾斜 ,属量级很小的渐变过程。在 1986年和 1999年两个时间段内的异常形变是由于施工引起 ,可以不作为异常信息对待     

提取平面标靶及配准点云的自动化实现

点云配准是三维激光扫描数据处理过程中不可或缺的一个环节,利用标靶进行配准是经典的手段之一,此类方案在单独扫描标靶的基础上进行半自动化配准。本文给出一种自动配准策略,用中心投影原理将单站扫描的点云转换为深度影像,借助数字图像处理技术完成标靶的自动提取,拟合获得标靶中心点的坐标,并借用摄影测量学的知识实现点云的自动化配准。实验证明了本文方法的可靠性。     

应县木塔精细化结构建模及水平受力性能分析

结合现场调查,对应县木塔进行结构体系分析、精细化建模、动力特性和水平受力性能分析。分析表明,应县木塔为“层叠平台式梁柱结构”体系。使用梁-短柱单元组模拟斗栱,刚度等效单元模拟梁柱及柱脚节点,建立了木塔的理想和现状精细化模型进行分析。结果表明,土磬墙对第1明层有嵌固作用,故木塔第1层侧移呈弯曲型而其它各层主要呈剪切型;明层铺作、暗层柱架、暗层铺作和明层柱架的抗侧移刚度依次减少,现状模型抗侧移刚度比理想模型平均低33%;多遇地震作用下,木塔部分明层柱架侧移角超过了弹性层间位移角限值;基于木塔柱脚连接特点,提出使用“重力抗倾覆力矩与倾覆力矩之比”作为木塔倾覆评判准则,多遇地震作用下木塔无倾覆危险,但在罕遇地震作用下则可能倾覆。     

球标靶在点云数据配准中的应用分析

在基于特征的点云配准方法中常用到两种标靶,平面标靶和球标靶。本文在介绍平面标靶和球标靶特点的基础上,用实例比较了球形标靶和平面标靶在点云配准中的精度,并归纳了球标靶在点云配准中的工作流程,同时提出了一种用全站仪提取球心坐标的方法,分析评价了该方法的精度,并编程实现了点云数据从扫描仪坐标系向目标坐标系的转换,为球标靶在点...     

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。     

抚顺西露天矿北帮边坡治理工程效果初步评价

分析了抚顺西露天矿北帮在水压影响边坡变形特征,对抚顺西露天矿北帮西区W200～W600高陡边坡倾倒滑移变形机理进行了数值模拟分析,并对采取的抗滑桩加固工程和疏干减压工程效果进行了评价,为边坡整治工程设计提供了技术指导和依据。分析结果表明,边坡向斜南翼顺层滑移变形主要集中在第1,2层,采取相应的治理工程之后,边坡变形明显减缓。否则,倾倒滑移体的变形深度将深入到第5层,可能产生沿第5层直到地表的整体滑移。最后介绍了部分治理工程实施后的初步实际效果,希望能够对类似边坡的失稳预测及变形控制研究起到一定的借鉴价值。     

急倾斜俯伪斜上保护层保护范围的三维数值模拟

 针对急倾斜俯伪斜采煤法上保护层保护范围的划定难题,基于有限元法,结合保护层顶底板煤岩层的物理力学参数和地质特征,采用3D-&#61555; 软件模拟急倾斜俯伪斜上保护层开采中被保护层的应力场及变形场的变化过程,得出保护层的保护效果,分析被保护层的最大主应力和变形随上保护层采煤工作面推进的变化规律;并根据保护层开采的应力卸压保护准则和变形保护准则,确定保护层沿倾向和走向的保护范围。结果表明,急倾斜俯伪斜采煤法上保护层沿倾向上、下边界的卸压角分别为84.9°和68.0°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为38.3°～51.0°;同时,由现场考察方法与数值模拟方法所确定的急倾斜俯伪斜上保护层保护范围基本一致。因此,采用数值模拟方法来研究急倾斜俯伪斜上保护层的保护范围是可行的,且结果偏于安全。