实尺模型在高层建筑构架研究中的应用-精

1、济南大学毕业设计外文资料翻译Application of full-scale experiments for structural study of high-rise buildings 2015, 123(6): 94-100.实尺模型试验在高层建筑物框架研究中的应用阿里克谢布尔加科夫丹尼尔夏克胡特迪诺夫尼古拉吉尔巴托科希克马戈蒙德阿卡蒙多夫俄罗斯，库尔斯克，莱特奥克亚布拉亚大街 94号，邮编305040，西南州立大学俄罗斯，新切尔卡斯克，普洛斯瓦希克尼亚街132号，邮编346428，普拉托夫南俄州立理工大学摘 要 本文通过对实尺寸模型的试验，开发设计出一种软设备装置，来考察高层建筑构成

2、要件 中的钢筋混凝土的强度。这种装置的运行基于一种几何参数，即铁磁体对它周围的电磁场的依赖 程度和由于铁磁体受氧化带来的电磁特性的减弱。为了得到电磁场的首要材料，我们将会用到一 种传统的测量工具，即高精度的电磁传感器模型。为了确定被控物体的具体位置，我们会用到距 离传感器。测量的结果最终传送到一套合适的计算机模型，用以证明传感器附近的电磁场测量结 果与传统直接测量结果一致。要求的模型参数是螺纹钢筋的几何参数。为了满足建筑物对测量装 置高度的要求，建议安装四旋翼飞行直升机。荷兰艾斯维尔有限公司版权所有，本文采用创作共用版权许可协议，对公开放。关键词 实尺寸模型试验；建筑结构研究；四旋翼直升机；钢

3、筋混凝土结构；非破坏性检验1简介建筑业在过去的几十年有了长足的进步， 建筑技术也取得迅速发展。值得注意的 是建筑工程因其用途、建筑材质、高度要求、使用寿命的标准和运行的特点的不同而 异。随着建筑物实用功能的变化、设计标准的提高以及其他因素的作用，需要翻新的 老式建筑群越来越多，因此对建筑技术、工艺和检测的专业设备、建筑物的质控标准 的要求也相应提高。作为在建筑活动中独立的领域，对建筑机械工程的调查包括许多 方面，比如确保建筑运行的稳定性，实施修理工作，还有对建筑结构实施重建应有的 参考记载。近年来对建筑结构性的调查与日俱增，很大程度上归因于建筑物的废旧、 过时或受到的损坏。由于种种原因，建筑运

4、行致使建筑结构退化、承载力下降甚至消 失，个体或整体原因导致的建筑金属构件磨损。 为了恢复受损建筑（的外观和功能）， 实施质控调研十分必要，从而找出使金属构件折旧磨损、 承载力下降的原因。通过对 高层建筑的检查，我们可以发现一连串问题。本文将测量装置安装在四旋翼直升机， 以满足建筑物对装置高度的要求12。非破坏性试验方法（简称 NDT）基于对被控建筑造成的辐射冲击、电磁波和声 波对建筑的传导机制、采用传统显微镜和电子显微镜下观察建筑材质结构的诸多研究 之上，该方法以观察法、记录法为基础，分析被控对象所受物理辐射、对化学成分依 赖性、结构性变化等。采用NDT法可以很容易解决诸如工程承包商未遵守相

5、关要求 和不合理施工带来的一系列问题。第一种策被控建筑对象独有的特性，决定了应采取积极性的还是消极性的策略。略方法，被控建筑产生的声波会被装置记录下来 （通过运行装置发出的声音可以判断 其适用性好坏）。积极性的方法是通过被控建筑对象传递出的声波信号利用装置检测 出声音信号的密度，现在大多采用后者。根据积极质控表现出的物理现象，可以归结 为四大类：声波法、电磁法、涡电流法和无线电波法。声波非破坏性检测的方法，比 如超声波裂缝探测仪，它适用于检查所有的声波传导材料；涡电流无损检验法是建立 在针对涡电流传感器磁场与被控物体的磁场感应相互作用的研究基础上，此时后者涡电频率达到1兆赫。在实际应用中，该法

6、用于对传导性材料制成的物体的检测； 无线 电波无损检验法的理论依据是被控对象电磁波（波长介于 0.011m）射频参数变化的 检测和分析，其检测精确到i5mm；电磁无损检验法则是依据被控对象与其磁场的相 互作用的分析。通常，该法根据确定的铁磁材质物体的相关参数， 又可以分为磁性粒 子法、磁闸法、感应法和磁带法。研究高层建筑，建议利用这样一种测量装置，其原理是磁感应X线断层成像3 其工作原理遵循上面提到的电磁感应无损实验要求， 该法使被控物体与铁磁体的磁场 相互作用更形象，电磁场的参数取决于被控物体的几何参量， 特别是氧化过程中电磁 材料的性质的弱化。另外，为使检测效果达到最优，该法在区分各种辐射

7、参数以及确 定与钢筋有关的几何参量方面十分有效。2测量装置的开发为了实行既定的无损实验法，建议使用如图 1的框图测量装置。测量装置构件包括：OPC种微型计算机，用于监控整个测量进程并记录测量数据， 方便接下来的 步骤；DAC 一种数字模拟转换器，通过振荡驱动实现信号探测功能；PA扩音器，向DAC输送、放大信号；D 开关，用于调整高精度电磁传感器矩阵（图中电磁系统）释放的线圈（数量）；MA多波段电势信号的扩音设备，输出释放到磁场未用的线圈ADC 一种多线路模拟数码转换器，把导电信号转换成数码格式，保存在OPC存储器中PADAC图1.测量装置框图图示ooooq ooood胡 agnpt sysfo

8、m o o o o o ooooo此外，该框图还描述了一个 SS有限元，它的作用是保持数码模拟转换器 DAC, 开关D，和模拟数码转换器ADC同步运行。3电磁系统框图的开发为调查图1中电磁系统框图的基本原理，我们引进有限元求解器应用程序包 GMSH和Get DP。图2将电磁系统框图模型和被控对象结合在一起，相关记号有:1 电磁传感器模型矩阵，其实就是用一股股铜线围城的感应线圈；d2中1.1所示）之则如图3,有：2被控对象，即一组铁质圆柱，给定其磁导率为卩，绝缘率为待做的大量实验，需测量正弦电流对应的每组感应线圈（如图 间的相交部分，记作磁通量 设磁通量 是磁感应强度B的函数，i = JBi（t

9、）dS13mm （蓝线）的 图2中，在感应线圈缺少检测样本（绿线表示）的前这里，i表示每组感应线圈的序列号.在图3中，子图3a, 3b, 3c表示直径分别为12mm （红线）、 样本磁感应通量的模拟结果，提下，样本1.2、1.3、1.4分别对应于图3中a图、b图、c图，感应线圈样本1.1正弦电频等于1千赫，图3中d、e、f显示类似的结果，其正弦电流频率为10千赫。、仓卜、L1Z图2.测量装置：电磁传感器矩阵模型 、r-二二二二7V-MrJIJWTWffTW4IIUf企Wb申.whI Q ,图3. GMSH+Get DP环境下模拟磁通量与时间 t的依赖关系随着时间t的加总，为了得到感应线圈的更多

10、特性，我们建议采用传统的方法, 即实足模型试验法。4钢筋混凝土结构中利用实足模型确定铁磁元的参数通常在分析高层建筑物的相关问题时要引入磁感应 X线断层摄影技术。这种方 法通过研究线圈表面产生的磁场，得到更形象直观的导磁率分布，根据磁场的反应， 我们会得到被控对象的磁感应特性的有关信息， 把它输入计算机，通过数学建模，禾用相关软件绘制出被控对象的磁场分布图。在研究被控对象过程中，未知的钢筋的磁导率分布和其几何尺寸可以解决这种逆向问题， 这类方法被应用于高层建筑物混凝土 构成要件的无损试验，而解决的这类逆向性问题属于数学物理范畴。为了解决这类问题，通常引入一套方法，叫实尺模型实验法。关于该法确定电

11、器 产品磁性参数的效果请参阅文献第 4、5条S,它的特点是输入数据模拟电磁场结构 试验，用精确的数字作为解决问题的评估标准。为解决问题，我们建议采用实足模型试验法，在磁感应断层X线成像环境下形成的计算程序：1.2.测量磁场中电流脉冲得到励磁线阻(用Vobm表示)以及每个传感器的磁感 应强度，记为Bi*,其中i=1,2，N, N代表第N个待测量的传感器； 设被控物体部分波段的电磁导率初始值为，几何参变量为g0f0 -(叮说,卩o，.卩m，g1O,g0，.gm2).3.磁场有形如等式解决正演问题。-9 -rotH =5;divB =0,其中，B、H是矢量，分别表示磁通量的密度和磁场力的大小，6代表

12、已知的励磁绕组的电流密度.由(1)式得：B=4oH-M +Vobm)；B = PFeHVFe ； BJ= B；H；=H根据方程式divB =0 ,磁矢量记号A,并令rotA = B; divA=0.然后对(1)式变形,结果得到:丨1 div I grad Arog丿ALJI - inVobm；10-i nVo；div E grad A=0-i“Vf。.(2)联立方程组，得：a+ A- 1 A 1 sA- A =A ； 市十 A cn利用有限单元法可以很容易求出在条件 的情况下方程组(2)的解” 为求得(2)、(3)式函数极小值，经整理(2)、(3)式得代数表达式： 2 送PikA送骨kSk，k

13、=1,2,Nk k j3 k其中，時JJgrad叫grad屮kdV，叫和屮/代表第k个有限元的初等函数；Sk表vk示第k个有限元的表面积。通过解(4)式，我们得到B0(i=1,2,，N表示第N个待测传感器的序列号.1、2.检查是否满足条件Ji S，在这里S表示确定函数Ji极小值的精确度。3.如果第4条满足上式，则所求的解等于f0;否则，用梯度变化率法重新求函数J的极小值， 我们会得到下一个近似值，在这里要用到递推关系式 f =f -agradJk，其中g代表矩阵对角线的阶数。4. 返回第3个步骤，重新求f的值.5结论本文在研究高层建筑物钢筋混凝土构成要件的强度试验时采用实足模型， 的运算方法和

14、装置。为了得到电磁场的原始信息，引入了高精度电磁传感器模型，把 测量的结果输入计算机进行处理，我们得到用传感器周围的电磁场模拟的结果与直接 测量法，其结果是互相吻合的。结论研究的方法用于土木和医疗复杂系统的诊断。开发新46参考文献T贝特曼,T波克，阿里克谢 布尔加科夫.三维建筑模型概论，第31届国际自动 化和机器人技术交流会，2014年7月911日，澳大利亚，悉尼技术大学，2014, 页码：778-783.L瓦兰德，霍夫曼，蒋军松，J托姆林.多自主体系统四旋翼螺旋飞行器控制测 试：滑行模型与机器学习算法.智能机器人系统，2005年IROS会议，页码： 3712-3717.M苏莱曼尼，W只.B.里昂哈特.电器和电子工程师协会：复原三维静磁导图像