CN110006640A - 一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，包括以下步骤：S1、制作气候室的缩小模型；S2、建立地势沙盘；S3、搜集历年最大风的风级以及常年主导风向数据；S4、实际测量选址位置的风力和风向数据；S5、确定模拟吹风模式；S6、通过CCD摄像机对气候室模型的标定位置进行拍照摄影，采集散斑点在不同吹风模式下的变形图像，并储存至计算机；S7、通过计算机内置的DSCM软件分析测量数据，绘制彩色应力、应变及位移场图；S8、设计人员根据反馈的数据对局部失效位置重新设计。本发明通过建立人工气候室缩小模型的方式，采集所在地的环境数据，利用数字散斑方法进行强度检测，从而为人工气候室的建造提供准确的强度参考数据。

Description

一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法
技术领域
本发明涉及建筑强度检测技术领域，具体涉及一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法。
背景技术
全球气候变暖，打破了原有的自然生态系统，导致全球降雨格局改变、冰川和冻土消融、海平面上升、极端天气频发等自然现象的发生，威胁到了人类的生存与发展。本实验系统的研制与开发正是用于监测和预测未来气候温度上升所导致的地球植被的响应。即研究气候变化所引起的植物生理特性变化，及其对全球气候变暖的反馈作用。目前关于气候变化对地球植被影响的控制实验研究主要集中在全世界的草原地区，因为在草原上搭建模拟增温系统是相对简单的，通常增温系统所用的温室仅需2-3米高，边长5-6米即可。然而森林模拟增温系统的研究，在全世界范围内都是一个难点。因为森林的地形、地貌、地质特征复杂，林木茂盛、树木高大，施工机械难于进入，还不允许破坏当地植被，这使得构建这样的实验研究平台系统非常困难，即使建造也造价高昂。基于此，有学者提出了一种森林模拟增温人工气候室，可以模拟出全球气候变暖的效应，实现了在森林研究气候变化对地球植被的影响，通过观察、观测气候变化对植被的影响，使对于气候变暖对人类生存环境的影响更加准确，由于该人工气候室建设在森林区域内，造价相对较高，并且所处位置的环境因素较为复杂，如果在建造前不进行准确的建筑结构强度检测评估，人工气候室在建成后将不具备对所处地区极端环境有效的承载能力，有可能会产生生建筑结构的损毁或倒塌，从而造成巨大的经济损失。
数字散斑相关方法(简称DSCM)是起源于20世纪80年代的一种非接触的光测力学新方法，在过去的20多年中这一技术得到了迅速的发展和广泛的应用。其基本原理是利用摄像系统记录物体在初始时刻的图像和当前时刻的图像，通过数字散斑相关方法的软件处理系统，衡量初始时刻图像与当前时刻图像的匹配程度，确定物体在这两个时刻对应的几何点，即可以得到当前时刻的全场位移。该方法可用于面内位移或变形测量，具有非条纹、非接触、高精度、全场测量的优点，它与不同放大倍数的显微成像设备结合，可以对宏观、细观、微观、甚至纳观尺度的变形进行有效的测量，测量范围从小变形到大变形，其灵敏度一般可达0.01-0.05像素所代表的大小。DSCM采用的光路简单，所使用的光源可以是激光也可以是白光，散斑可以是以激光形成的，也可以是人工散斑或者自然纹理，不需要光学干涉条纹处理，测量环境要求低，目前已广泛应用于力学领域。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，通过建立人工气候室缩小模型的方式，采集所在地的环境数据，利用数字散斑方法进行强度检测，从而为人工气候室的建造提供准确的强度参考数据。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，包括以下步骤：
S1、制作森林模拟增温人工气候室的缩小模型；
S2、建立森林模拟增温人工气候室建设地点的地势沙盘，地势沙盘包括山地模型和树木模型，并将气候室的缩小模型安装在地势沙盘上；
S3、搜集人工气候室建设所在地的水文资料，得到历年最大风的风级以及常年主导风向数据；
S4、实际测量选址位置的风力和风向数据，分析气流的流动方式；
S5、根据S3和S4的数据确定模拟吹风模式，模拟吹风模式包括风向数据以及吹风强度数据，利用风机对缩小模型进行多种模式的吹风模拟；
S6、通过CCD摄像机对气候室模型的标定位置进行拍照摄影，采集散斑点在不同吹风模式下的变形图像，并将变形图像传输至A/D转换器进行转换，然后储存至计算机；
S7、通过计算机内置的DSCM软件分析测量数据，绘制彩色应力、应变及位移场图，对可能出现强度超过材料许用应力值时，予以标定，并进行反馈；
S8、最终，设计人员根据反馈的数据对局部失效位置重新设计。
作为本发明一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法进一步优化：所述步骤S5中的模拟吹风模式包括直吹风模式、侧吹风模式、环形风模式以及直吹风与环形风相结合的混合风模式。
有益效果
一、本发明通过制作气候室缩小模型，根据实际建设地建立地势沙盘，并根据当时实际水文资料确定多种模拟吹风模式，利用DSCM技术得到模型关键结构点在不同吹风模式下的应力变化数据，由于气候室是依山而建，气候室的立柱高度是不同的，通过上述方法，设计人员根据反馈的数据对局部失效位置重新设计，强化局部结构，通过缩小模型的抗风强度检测，为气候室实际建设提供数据参考，可保证气候室建设后的具有较好的稳固性；
二、本发明的方法比数据模拟方法更加准确、可靠，在检测过程中，可将树林对风和气流的干扰因素考虑进去，而数值模拟的方法则很难实现。
附图说明
图1为本发明检测方法中直吹风模式的示意图；
图2为本发明检测方法中侧吹风模式的示意图；
图3为本发明检测方法中环形风模式的示意图；
图4为本发明检测方法中混合风模式的示意图；
图5为本发明检测方法中人工气候室的侧视结构示意图；
图6为本发明检测方法中人工气候室的俯视结构示意图；
图中标记：1、人工气候室模型，2、地势沙盘，3、风机，4、筒体。
具体实施方式
以下结合具体实施方式进一步对本发明的技术方案进行阐述。
一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，包括以下步骤：
森林模拟增温人工气候室的结构为专利号CN201620947052.4所公开的结构，如图5和6所示。以下实施例为针对该结构的人工气候室进行的建筑结构强度的检测方法。
S1、制作森林模拟增温人工气候室的缩小模型。模型的材质选用人工气候室实际建设过程中使用的同样材质，并且模型为等比例缩小模型。
S2、建立森林模拟增温人工气候室建设地点的地势沙盘，地势沙盘包括山地模型和树木模型，并将气候室的缩小模型安装在地势沙盘上。通过对建设地点的地势进行测算和建模，制作三维立体的地势模型，模型的缩小比例与人工气候室的缩小比例保持一致。
S3、搜集人工气候室建设所在地的水文资料，得到历年最大风的风级以及常年主导风向数据。因为，实地采集风级数据无法得知最大风级能够达到多少，因此，需要查询历史数据，找到历年最大风的风级数据，确保人工气候室具有较高的抗风能力。
S4、实际测量选址位置的风力和风向数据，分析气流的流动方式；
S5、根据S3和S4的数据确定模拟吹风模式，模拟吹风模式包括风向数据以及吹风强度数据，利用风机对缩小模型进行多种模式的吹风模拟。
模拟吹风模式包括直吹风模式、侧吹风模式、环形风模式以及直吹风与环形风相结合的混合风模式。采用风机对模型进行吹风，如图1所示，为直吹风模式，风机正对人工气候室模型进行吹风。如图2所示，为侧吹风模式，风机由人工气候室侧面进行吹风。如图3所示，为环形风模式，在人工气候室模型外罩设透明筒体，在筒体的切线方向进行吹风。如图4所示，为直吹风与环形风相结合的混合风模式，在人工气候室模型外罩设透明筒体，在模型的正面以及筒体的切线方向进行吹风。
吹风的强度用气流速度来表征，比如气流速度10千米/小时。气流能够有效覆盖缩小模型即可，可以适当留有余量。气流强度由前面的水文资料获取。
S6、通过CCD摄像机对气候室模型的标定位置进行拍照摄影，采集散斑点在不同吹风模式下的变形图像，并将变形图像传输至A/D转换器进行转换，然后储存至计算机。
摄像机所在的位置能使镜头包含住整个建筑为宜。摄像头摆设位置可以环绕着整个建筑，也可以俯拍。也可以局部摄像观察，这要根据研究的具体情况而定。也就是说位置不是固定死的，因为实验可以反复做，位置可以根据前面的数据，找出最佳观测位置。
S7、通过计算机内置的DSCM软件分析测量数据，绘制彩色应力、应变及位移场图，对可能出现强度超过材料许用应力值时，予以标定，并进行反馈。
S8、最终，设计人员根据反馈的数据对局部失效位置重新设计。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制作森林模拟增温人工气候室的缩小模型；
S2、建立森林模拟增温人工气候室建设地点的地势沙盘，地势沙盘包括山地模型和树木模型，并将气候室的缩小模型安装在地势沙盘上；
S3、搜集人工气候室建设所在地的水文资料，得到历年最大风的风级以及常年主导风向数据；
S4、实际测量选址位置的风力和风向数据，分析气流的流动方式；
S5、根据S3和S4的数据确定模拟吹风模式，模拟吹风模式包括风向数据以及吹风强度数据，利用风机对缩小模型进行多种模式的吹风模拟；
S6、通过CCD摄像机对气候室模型的标定位置进行拍照摄影，采集散斑点在不同吹风模式下的变形图像，并将变形图像传输至A/D转换器进行转换，然后储存至计算机；
S7、通过计算机内置的DSCM软件分析测量数据，绘制彩色应力、应变及位移场图，对可能出现强度超过材料许用应力值时，予以标定，并进行反馈；
S8、最终，设计人员根据反馈的数据对局部失效位置重新设计。
2.如权利要求1所述一种森林模拟增温人工气候室建筑结构强度的检测方法，其特征在于：所述步骤S5中的模拟吹风模式包括直吹风模式、侧吹风模式、环形风模式以及直吹风与环形风相结合的混合风模式。
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