CN113190891B - 一种古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法，包括：(a)：对木制古建筑进行现场调研测量；(b)：基于现场调研测量数据，构建古建筑的大比例相似物理模型；(c)：基于现场调研测量数据，建立数值模型，并利用该模型进行模拟，包括模态分析、频率响应和加速度时程计算；(d)：基于所述同步振动测试数据的分析，对上述数值对数值模型进行一次校准；(e)：利用大比例相似物理模型进行振动台试验，获取振动特征参数，并与步骤(d)一次校准后的模型模拟数值进行比较，进行二次校准，即获得通过双重校准后的高精度数值模型，以及(f)：利用高精度数值模型评估古建筑木结构残损抗振性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构振动控制技术领域，具体涉及一种古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法。
背景技术
目前，针对大型木制古建筑的残损抗振性能评估主要有单一数值模拟和单一现场测试两种评估方法。其缺陷分别如下：
(1)单一数值模拟结果准确率低。单一数值模拟方法仅依靠现场踏勘调研测试获取到的信息建立数值模型，并进行振动相关分析，该方法的弊端在于现场环境振动往往集中于几个特定的频段之上，不能形成连续振动谱，仅对数值模型形成一次校核，数值模型精度差，计算准确度偏低。
(2)单一现场测试结果不全面。在单一现场测试方法中，因古建筑价值较高无法采用激振的方式获取扫频响应，故仅能获取在现有环境振动下的古建筑残余结构响应，使得其测试结果不全面不完整。除此之外，由于木制古建筑外形尺寸通常较大，对应现场测试点数量有限，且其位置的选取存在较大的人为因素，导致对部分薄弱特征点出现漏测，存在抗振性能评估失准的可能。
因此，需要新的技术和方法，已解至少部分决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明针对大型木制古建筑的残损抗振性能评估需求，提出一种基于现场测量测试数据、大比例相似物理模型振动台试验和高准度数值模型分析相结合的试验方法，提升了传统测试分析方法在评估残损结构抗振性能上的准确性。
根据本发明的一方面，提供一种古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法，包括：
(a)：对木制古建筑进行现场调研测量，包括结构参数测量、残损结构特征量化和同步振动测试；
(b)：基于现场调研测量数据，构建古建筑的大比例相似物理模型；
(c)：基于现场调研测量数据，建立数值模型，并利用该模型进行模拟，包括模态分析、频率响应和加速度时程计算；
(d)：基于所述同步振动测试数据的分析，对上述数值对数值模型进行一次校准，使得数值模型计算数据与现场实地测试数据二者彼此吻合；
(e)：利用大比例相似物理模型进行振动台试验，获取振动特征参数，并与步骤(d)一次校准后的模型模拟数值进行比较，进行二次校准，使得使数值模型计算数据、相似物理模型的试验数据以及现场实地测试数据三者彼此吻合，即获得通过双重校准后的高精度数值模型，以及
(f)：利用高精度数值模型评估古建筑木结构残损抗振性能。
根据本发明的实施方案，步骤(b)的同步振动测试数据的分析包括确定加速度时程载荷以及振动传递规律。
根据本发明的实施方案，步骤(f)还包括对高精度数值模型进行动力学分析，获取其振型、模态、频率响应、低阶共振频率下的振幅，以及在现有环境振动环境下的加速度时程响应。
根据本发明的实施方案，步骤(e)的振动台试验还包括获取模态振型以及卓越频段响应。
根据本发明的实施方案，步骤(d)和(e)中的吻合是指误差不超过15％。
根据本发明的实施方案，步骤(e)的振动特征参数包括共振频率、阻尼系数和最大振幅。
本发明主要面向古建筑木结构残损抗振性能的评估。残损抗振性能是指古建筑在历史和人为双重因素作用下，其建筑结构与建成时相比出现缺损，结构强度和抗振能力有所降低，现存结构的抗振能力即为残损抗振性能，对其准确评估有助于有针对性地给出振害控制方案。本发明的主要特征如下：
(1)面向古建筑木结构的残损抗振性能。古建筑建成之后，其建筑结构受昼夜交替、四季变化等自然因素和盗匪、兵乱等人为因素的影响出现缺损，这种结构缺损随时间的推移程度逐渐增大，对环境振动的抵抗能力也在逐年降低，但历史与人文价值却与日俱增，对其抗振性能的评估也更加迫切。在此迫切需求的背景下，若忽视木制古建筑的结构缺损，将其结构视为完整并进行抗振性能分析，会得到比真实值偏大的性能参数，以此为依据设计的减隔振方案防护性不能满足真实需求，环境振动将会对古建筑的结构造成破坏。本方法通过现场调研测量测试，收集古建筑的残损特征参数，有针对性地对残损结构建立物理与数值分析模型，提供与真实状况更加符合的性能评估试验方法。
(2)构建大比例木制古建筑相似物理模型，并进行振动台测试。通过现场调研测量测试，获取大型木质古建筑基本外形尺寸和残损结构特征参数。在确定相似比后构建大比例木制古建筑相似物理模型，并进行振动台测试，获取模态振型、卓越频段响应和部分关键特征点在环境振动作用下的振动特征参数，用于对数值模型进行校准。
(3)基于双重校准的高精度数值模型的残损抗振性能评估方法。通过现场调研和测量建立大型木制古建筑的数值模型，并对其进行模态分析和频谱响应计算，其结果与现场同步测试数据相对比，进行一次校准并修改模型，一次校准通过后，与相似物理模型在振动台上的测试数据相对比进行二次校准，反复修改模型直到现场测试数据、振动台测试数据和数值模型计算数据三类数据彼此吻合，即判定通过双重校准，最终形成高精度的数值模型。在高精度数值模型的基础上进行残损抗振性能评估，形成报告。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
图1为根据本发明一个实施方案的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法流程图作进一步阐述。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本发明。
图1为根据本发明一个实施方案的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法流程示意图。参考图1，首先，针对大型木制古建筑开展现场调研测量测试。对大型木制古建筑的现场踏勘的主要工作内容包括结构参数测量、残损结构特征量化以及进行同步振动测试。现场测量用于构建古建筑的大比例相似物理模型和等比数值模型。
也即，在现场测量数据和残损结构特征参数的基础上，建立数值模型，并对其进行模态分析、频率响应和加速度时程计算。然后，现场测试在查明古建筑结构的振动传递规律和重要关键点的振动特性参数的基础上，对数值模型进行一次校准。在校准的过程中，反复对数值模型进行多次校准后，使得数值模型计算数据与现场实地测试数据二者彼此吻合，例如二者误差不超过15％。
基于展现场调研测量测试，根据相似系数确定相似比、构建木制古建筑的大比例相似物理模型，并进行振动台试验。振动台试验进行扫频实验，获取部分关键点(例如柱顶等)的振动特征参数，以此确定建筑结构的共振频率、阻尼系数和最大振幅等。用于对数值模型进行二次校准。
更具体地，通过与大比例相似物理模型中部分关键点的振动特征函数对一次校准后的模型进行二次对比并再次校准。反复对数值模型进行多次校准后，使数值模型计算数据、相似物理模型的试验数据以及现场实地测试数据三者彼此吻合，由此获得通过双重校准后的高精度数值模型。
然后，基于高精度数值模型的残损抗振性能评估。更具体地，对高精度数值模型进行动力学分析，获取其振型、模态、频率响应、低阶共振频率下的振幅，以及在现有环境振动环境下的加速度时程响应，最终评估木制古建筑的残余抗振性能，形成相关报告。
本发明面向木制古建筑结构残余抗振性能的评估。大型古建筑的木制结构在自然因素和人为因素的作用下产生残损，此类残损随时间推移逐渐扩大，使古建筑的结构抗振性能降低，更易受到环境振害的影响，采用减隔振措施前必须进行结构残余抗振性能评估。对其残损结构的抗振性能评估区别与完整结构，需要现场调研踏勘确定残损结构的特性参数，建立精确的相似物理模型和等比数值模型，并在现场进行同步振动测试。
另外。本发明基于双重校准的高精度数值模型抗振性能评估方法。通过现场测试数据和相似物理模型的振动台测试数据对数据模型进行双重校准，反复修改数值模型，使数值模型计算数据、相似物理模型的试验数据以及现场实地测试数据三者彼此吻合，获得高精度数值模型，最终对高精度数值模型进行振动分析，获取其振型、模态、频率响应、共振振幅等振动特征参量，最终计算在现场环境振动下的加速度时程响应、最大位移响应，以及环境振动对结构的损害因数，完成对古建筑木结构残损抗振性能的评估。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法，其特征在于，包括：
(a)：对木制古建筑进行现场调研测量，包括结构参数测量、残损结构特征量化和同步振动测试；
(b)：基于现场调研测量数据，构建古建筑的大比例相似物理模型；
(c)：基于现场调研测量数据，建立数值模型，并利用该模型进行模拟，包括模态分析、频率响应和加速度时程计算；
(d)：基于同步振动测试数据的分析，对数值模型进行一次校准，使得数值模型计算数据、与现场实地测试数据二者彼此吻合；
(e)：利用大比例相似物理模型进行振动台试验，获取振动特征参数，并与步骤(d)一次校准后的模型模拟数值进行比较，进行二次校准，使得使数值模型计算数据、相似物理模型的试验数据以及现场实地测试数据三者彼此吻合，即获得通过双重校准后的高精度数值模型，以及
(f)：利用高精度数值模型评估古建筑木结构残损抗振性能。
2.根据权利要求1所述的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法,其特征在于，步骤(d)的同步振动测试数据的分析包括确定加速度时程载荷以及振动传递规律。
3.根据权利要求1所述的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法,其特征在于，步骤(f)还包括对高精度数值模型进行动力学分析，获取其振型、模态、频率响应、低阶共振频率下的振幅，以及在现有环境振动环境下的加速度时程响应。
4.根据权利要求1所述的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法,其特征在于，步骤(e)的振动台试验还包括获取模态振型以及卓越频段响应。
5.根据权利要求1所述的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法,其特征在于，步骤(d)和(e)中的吻合是指误差不超过15％。
6.根据权利要求1所述的古建筑木结构残损抗振性能的评估试验方法,其特征在于，步骤(e)的振动特征参数包括共振频率、阻尼系数和最大振幅。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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