CN117852894A - 一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统 - Google Patents

一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统,涉及建筑技术领域,包括对目标砌体房屋进行现场勘察,确定目标砌体房屋的属性信息;基于属性信息,创建目标砌体房屋对应的基础平面图,确立目标砌体房屋的边界和基准线,根据属性信息确定结构平面布局,构建目标砌体房屋对应的三维结构;提取目标砌体房屋的材料样本,对材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,确定目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对目标砌体房屋进行承载力评估,确定目标砌体房屋的风险评估信息。本申请的方案通过结合静态与动态分析,提供了更全面、更深入的安全性评估,使得风险预测更为准确。

Description

一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统
技术领域
本发明涉及建筑技术领域,尤其涉及一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统。
背景技术
近些年,我国遭受了多次重大的地震灾害,震后砌体结构房屋受到严重破坏,甚至倒塌,造成重大人员伤亡和经济损失。砌体结构为脆性性质且整体性差,当墙体的抗拉强度低于地震作用的墙体主拉应时,墙体将产生斜裂缝或交叉斜裂缝,发生突然倒塌破坏。通过对震后砌体结构房屋抗震问题的深入研究,提出了多种砌体结构的抗震加固方法,可供实际工程参考应用。砌体房屋的抗震加固实质上是分为两方面:一是提高构建的承载力和延性,另一方面是增强构件之间的连接性能,提高结构的整体性,以期达到抗震效果。
但是现有方法中对农村砌体房屋的承载力并没有有效的评估方法。
发明内容
本发明实施例提供一种农村砌体房屋承载力评估方法和系统,至少能够解决现有技术中部分问题。
本发明实施例的第一方面,
提供一种农村砌体房屋承载力评估方法,包括:
对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗,其中,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
在一种可选的实施方式中,
提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷包括:
确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷;
根据所述材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,通过材料力学确定所述目标砌体房屋的恒载荷;
将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度。
在一种可选的实施方式中,
确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
从气象站获取所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,使用傅里叶变换对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分;
通过蒙特卡洛模拟方法并且根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程;
结合伯努利方程并考虑所述目标砌体房屋的形状和受力面积,计算所述目标砌体房屋所受的风载荷。
在一种可选的实施方式中,
计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
其中,F(t)表示t时刻的瞬时风载荷,ρ表示空气密度,A表示风向的投影面积,C d 表示阻力系数,V(t)表示t时刻的瞬时风速。
在一种可选的实施方式中,
将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度包括:
根据所述风载荷和所述恒载荷的实际数值映射为模糊变量,结合所述风载荷和所述恒载荷的不确定性因子,为所述风载荷对应的模糊变量创建第一隶属函数,为所述恒载荷对应的模糊变量创建第二隶属函数;
根据结构工程原理和专家经验,设置模糊规则,选择Mamdani推理机制对所述模糊变量进行模糊推理,并通过最大隶属度法进行去模糊化,将模糊推理结果转换为具体的安全裕度值。
在一种可选的实施方式中,
确定安全裕度值的方法如下公式所示:
其中,SM表示安全裕度值,C表示承载能力,L表示风载荷和恒载荷的加权和,D表示材料退化率,T表示结构使用年限,E表示环境影响系数,I表示结构权重值,f(D,T)表示材料退化函数,g(E,I)表示环境调整函数。
在一种可选的实施方式中,
根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息包括:
在所述建筑信息模型中导入所述目标砌体房屋对应的三维结构,分别将所述风载荷和所述恒载荷分配到所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件上;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋进行静态分析,确定所述目标砌体房屋在恒载荷作用下的静态响应,其中,所述静态响应包括静态应力、静态应变和静态位移中至少一种;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋的三维结构进行模态分析,确定所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件的自然频率、振型和阻尼比,计算结构在风载荷作用下的动态响应,其中,所述动态响应包括动态位移、加速度以及动态应力响应中至少一种;
若所述静态响应或者所述动态响应中任一项超过预设预警阈值,则根据预设的风险映射关系确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
本发明实施例的第二方面,提供一种农村砌体房屋承载力评估系统,包括:
第一单元,用于对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗,其中,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
第二单元,用于基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
第三单元,用于提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
本发明基于收集的属性信息,使用三维建模软件构建目标砌体房屋的三维结构模型,这种方法能够详细展现房屋的几何形状、结构布局和材料分布,为静态和动态分析提供了准确的基础模型。相较于传统的二维建模或简化模型,三维建模能提供更全面的视角和更细致的结构细节,使得承载力评估更加精确,能够识别出潜在的结构弱点。
本申请结合材料特性分析和载荷确定,通过静态分析和动态分析对房屋进行承载力评估,并确定风险评估信息,这种综合评估方法能够全面考虑各种影响因素,如材料老化、历史维修对结构性能的影响,以及动态环境因素(如风、地震)对房屋安全的潜在威胁。现有技术可能只侧重于某一方面的分析(如仅静态分析或仅考虑特定类型的载荷),而缺乏对结构全面性能和安全风险的评估,本申请的方案通过结合静态与动态分析,提供了更全面、更深入的安全性评估,使得风险预测更为准确。
附图说明
图1为本发明实施例农村砌体房屋承载力评估方法的流程示意图;
图2为本发明实施例农村砌体房屋承载力评估系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例农村砌体房屋承载力评估方法的流程示意图,如图1所示,所述方法包括:
S101.对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗;
示例性地,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
S102.基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
示例性地,通过专业团队到现场进行测量,使用激光测距仪、数字水平仪和三脚架相机等设备收集尺寸数据。搜集并审查历史建筑图纸、维修记录和改建资料;从关键结构部件取样,如砖块、砂浆和钢筋,送至实验室进行力学特性测试。使用AutoCAD等软件,根据现场勘察数据和历史资料,绘制基础平面图,并确立房屋的边界和基准线。分析现有结构布局的优劣,考虑到通风、采光等因素,同时识别可能的结构薄弱点。例如,可以在AutoCAD中创建一个8米×8米的正方形平面图,标出了墙体、门窗位置和尺寸,使用标准的图层和颜色代码表示不同的结构元素(例如,红色用于承重墙,蓝色用于非承重墙)。
使用Revit、SketchUp或Tekla Structures等软件,基于平面图和属性信息,构建目标砌体房屋的详细三维模型。在模型中定义每种材料的特性(如砌块的抗压强度、砂浆的粘结性能),并按实际尺寸建模每个结构元素,如墙体、梁、柱和屋顶。包括门窗开口、屋顶细节和结构连接等,确保模型的完整性和准确性。例如,可以使用Revit构建一个包含所有细节的三维模型,其中砌块的抗压强度设置为7.5 MPa,砂浆类型为M5(抗压强度5 MPa),钢筋为HRB400,模型中还考虑了历史维修记录,如西墙的加固带和北墙的改建扩展。
S103.提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
在一种可选的实施方式中,
提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷包括:
确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷;
根据所述材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,通过材料力学确定所述目标砌体房屋的恒载荷;
将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度。
示例性地,从目标砌体房屋的关键部位(如墙体、梁、柱)提取砌块、砂浆和钢筋样本,对提取的样本进行抗压强度、抗剪强度、弹性模量等基本力学性能的测试,将测试结果记录下来,形成材料特性数据库。
在一种可选的实施方式中,
确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
从气象站获取所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,使用傅里叶变换对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分;
通过蒙特卡洛模拟方法并且根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程;
结合伯努利方程并考虑所述目标砌体房屋的形状和受力面积,计算所述目标砌体房屋所受的风载荷。
通过当地气象站获取过去几年内的历史风速记录,利用快速傅里叶变换(FFT)对风速时间序列进行谱分析,识别风速的主要频率成分。基于频率成分,使用随机过程模型生成代表性的风速时间历程。运用流体动力学原理和软件(如CFD软件)计算在不同风速作用下,砌体房屋所受的风载荷。
根据结构尺寸和材料特性信息,计算墙体、屋顶等结构部件的体积,进而估算其重量。考虑历史维修或改建对结构重量的影响,调整恒载荷估计值。将各部件重量累加,得到整个砌体房屋的总恒载荷。
在一种可选的实施方式中,
计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
其中,F(t)表示t时刻的瞬时风载荷,ρ表示空气密度,A表示风向的投影面积,C d 表示阻力系数,V(t)表示t时刻的瞬时风速。
在一种可选的实施方式中,
将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度包括:
根据所述风载荷和所述恒载荷的实际数值映射为模糊变量,结合所述风载荷和所述恒载荷的不确定性因子,为所述风载荷对应的模糊变量创建第一隶属函数,为所述恒载荷对应的模糊变量创建第二隶属函数;
根据结构工程原理和专家经验,设置模糊规则,选择Mamdani推理机制对所述模糊变量进行模糊推理,并通过最大隶属度法进行去模糊化,将模糊推理结果转换为具体的安全裕度值。
示例性地,将风载荷和恒载荷的量化值转换为模糊集合,如“低”、“中”、“高”。 为每个模糊变量设计隶属函数,描述其隶属于各模糊集合的程度。根据结构工程原理和经验,制定描述风载荷、恒载荷与安全裕度之间关系的模糊规则。利用模糊逻辑推理引擎,根据预设规则对模糊变量进行推理,得出安全裕度的模糊输出。通过去模糊化方法(如质心法)将模糊输出转换为具体的安全裕度数值。
可选地,设定风载荷为“中”(对应15 kN),恒载荷为“高”(对应150 kN)。根据模糊规则推理,得出安全裕度为“中”。通过去模糊化,最终计算得到的安全裕度数值为75%。
具体地,首先将风载荷和恒载荷的实际数值收集并记录,例如,通过结构分析得到的风载荷为15 kN,恒载荷为150 kN。评估风载荷和恒载荷的不确定性因子,例如,风速变化的不确定性和材料重量的变化范围。为风载荷和恒载荷对应的模糊变量创建隶属函数。隶属函数可以采用三角形、梯形或高斯分布形式,根据实际不确定性因子的大小确定函数的宽度。其中,第一隶属函数(风载荷):梯形函数,覆盖范围从14.25 kN到15.75 kN。第二隶属函数(恒载荷):梯形函数,覆盖范围从145.5kN到154.5 kN。
基于结构工程原理和专家经验,设置描述风载荷、恒载荷与安全裕度关系的模糊规则。例如,“如果风载荷是高且恒载荷是高,则安全裕度是低”。 选择Mamdani模型作为模糊推理机制,在MATLAB或Python中实现Mamdani模糊推理系统,输入模糊变量和规则,输出模糊的安全裕度评估。
其中,采用最大隶属度法进行去模糊化处理,即选择使输出隶属函数值最大的安全裕度值作为最终结果。根据模糊推理的结果,使用最大隶属度法确定具体的安全裕度数值。假设模糊推理得到的安全裕度输出隶属函数在75%的安全裕度处达到最大值,则将75%作为最终的安全裕度评估结果。
假设对一个具体的农村砌体房屋进行评估,通过结构分析和历史数据收集,确定了风载荷和恒载荷的数值及其不确定性。通过设计隶属函数和设置模糊规则,利用Mamdani推理机制分析了安全裕度。最终,通过去模糊化处理,得到该房屋的安全裕度为75%,这意味着在当前考虑的风载荷和恒载荷条件下,房屋的结构安全状态处于相对较高的水平。
在一种可选的实施方式中,
确定安全裕度值的方法如下公式所示:
其中,SM表示安全裕度值,C表示承载能力,L表示风载荷和恒载荷的加权和,D表示材料退化率,T表示结构使用年限,E表示环境影响系数,I表示结构权重值,f(D,T)表示材料退化函数,g(E,I)表示环境调整函数。
在一种可选的实施方式中,
根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息包括:
在所述建筑信息模型中导入所述目标砌体房屋对应的三维结构,分别将所述风载荷和所述恒载荷分配到所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件上;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋进行静态分析,确定所述目标砌体房屋在恒载荷作用下的静态响应,其中,所述静态响应包括静态应力、静态应变和静态位移中至少一种;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋的三维结构进行模态分析,确定所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件的自然频率、振型和阻尼比,计算结构在风载荷作用下的动态响应,其中,所述动态响应包括动态位移、加速度以及动态应力响应中至少一种;
若所述静态响应或者所述动态响应中任一项超过预设预警阈值,则根据预设的风险映射关系确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
示例性地,使用BIM软件(如Revit或Tekla Structures)导入或构建目标砌体房屋的三维结构模型。根据实际情况和规范要求,分别计算并分配风载荷和恒载荷到模型的相应部件上,风载荷可以基于地区的风速数据和建筑物的面积、形状计算得出;恒载荷则根据建筑材料、结构尺寸等计算。使用结构分析软件(如SAP2000、ETABS)对模型进行静态分析,以评估在恒载荷作用下的静态响应,包括静态应力、应变和位移。分析结果用于识别可能的过度应力区域或结构变形,确保结构的静态安全性。静态应力分析显示部分墙体的应力接近材料的允许应力极限。静态位移分析表明屋顶在死载作用下的最大下沉量为5mm,处于可接受范围内。
对三维结构模型进行模态分析,以确定自然频率、振型和阻尼比。这一步骤对了解结构对动态载荷的响应至关重要。计算结构在风载荷作用下的动态响应,包括动态位移、加速度和动态应力。这可以通过直接时间历程分析或基于风速谱的简化分析来完成。模态分析结果显示第一自然频率为1.2 Hz,对应的振型主要集中在建筑的顶部。动态分析表明在最不利风载作用下,顶部结构的最大加速度为0.05g,未超过人体舒适度限值。
设定静态和动态响应的预警阈值。例如,静态应力不得超过材料强度的75%,动态位移不得超过结构高度的1/500。根据预设的风险映射关系,如结构性能参数与安全等级的对应表,确定结构的风险评估信息。若静态应力分析显示某墙体的应力达到材料强度的80%,超过预警阈值。基于风险映射关系,该墙体被评定为“中等风险”,需要进一步详细评估或加固。
图2为本发明实施例农村砌体房屋承载力评估系统的结构示意图,如图2所示,所述系统包括:
第一单元,用于对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗,其中,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
第二单元,用于基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
第三单元,用于提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
本发明可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质,其上载有用于执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种农村砌体房屋承载力评估方法,其特征在于,包括:
对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗,其中,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷包括:
确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷;
根据所述材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,通过材料力学确定所述目标砌体房屋的恒载荷;
将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,确定所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分,根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程,结合流体动力学计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
从气象站获取所述目标砌体房屋所在区域的历史风速记录,使用傅里叶变换对所述历史风速记录进行谱分析,确定所述历史风速记录的频率成分;
通过蒙特卡洛模拟方法并且根据所述频率成分和所述历史风速记录生成风速时间历程;
结合伯努利方程并考虑所述目标砌体房屋的形状和受力面积,计算所述目标砌体房屋所受的风载荷。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,计算所述目标砌体房屋所受的风载荷包括:
其中,F(t)表示t时刻的瞬时风载荷,ρ表示空气密度,A表示风向的投影面积,C d 表示阻力系数,V(t)表示t时刻的瞬时风速。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,将所述风载荷和所述恒载荷定义为模糊变量,为每个模糊变量创建隶属函数,并且结合预设的模糊规则,对所述模糊变量进行模糊推理,确定所述风载荷和所述恒载荷进行结合后的安全裕度包括:
根据所述风载荷和所述恒载荷的实际数值映射为模糊变量,结合所述风载荷和所述恒载荷的不确定性因子,为所述风载荷对应的模糊变量创建第一隶属函数,为所述恒载荷对应的模糊变量创建第二隶属函数;
根据结构工程原理和专家经验,设置模糊规则,选择Mamdani推理机制对所述模糊变量进行模糊推理,并通过最大隶属度法进行去模糊化,将模糊推理结果转换为具体的安全裕度值。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,确定安全裕度值的方法如下公式所示:
其中,SM表示安全裕度值,C表示承载能力,L表示风载荷和恒载荷的加权和,D表示材料退化率,T表示结构使用年限,E表示环境影响系数,I表示结构权重值,f(D,T)表示材料退化函数,g(E,I)表示环境调整函数。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息包括:
在所述建筑信息模型中导入所述目标砌体房屋对应的三维结构,分别将风载荷和所述恒载荷分配到所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件上;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋进行静态分析,确定所述目标砌体房屋在恒载荷作用下的静态响应,其中,所述静态响应包括静态应力、静态应变和静态位移中至少一种;
通过结构分析软件对所述目标砌体房屋的三维结构进行模态分析,确定所述目标砌体房屋对应的三维结构中对应的部件的自然频率、振型和阻尼比,计算结构在风载荷作用下的动态响应,其中,所述动态响应包括动态位移、加速度以及动态应力响应中至少一种;
若所述静态响应或者所述动态响应中任一项超过预设预警阈值,则根据预设的风险映射关系确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
8.一种农村砌体房屋承载力评估系统,用于实现前述权利要求1-7中任一项所述的方法,其特征在于,包括:
第一单元,用于对目标砌体房屋进行现场勘察,确定所述目标砌体房屋的属性信息,并对所述属性信息进行数据清洗,其中,所述属性信息包括结构尺寸、材料特性以及历史维修记录中至少一种,所述结构尺寸包括墙体尺寸、房屋高度、屋顶类型中至少一种,所述材料特性包括砌块材料、砂浆类型中至少一种,所述历史维修记录包括历史维修结构信息、历史改建信息中至少一种;
第二单元,用于基于所述属性信息,创建所述目标砌体房屋对应的基础平面图,确立所述目标砌体房屋的边界和基准线,根据所述属性信息确定所述目标砌体房屋的结构平面布局,通过三维建模软件构建所述目标砌体房屋对应的三维结构;
第三单元,用于提取所述目标砌体房屋的材料样本,对所述材料样本进行材料特性分析,确定材料特性信息,结合所述目标砌体房屋的结构尺寸和历史维修记录,分别确定所述目标砌体房屋对应的活载荷以及恒载荷,根据建筑信息模型并且通过静态分析和动态分析对所述目标砌体房屋进行承载力评估,确定所述目标砌体房屋的风险评估信息。
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