角钢围箍约束古塔结构轴心受压性能研究

古塔多为高耸结构,长期受高压应力作用下内部具有损伤缺陷,致使结构可靠性降低,需对古塔结构进行受压性能评定及加固方法研究。以陕西省西安市兴教寺玄奘塔底部结构为原型,按缩尺比例1/8砌筑2个子结构模型,对受压破坏后的子结构模型进行角钢围箍约束。通过古塔子结构模型受压试验与数值计算,分析加固后古塔受压力学性能与破坏机制,研究围箍约束对古塔受压性能的影响,并进行了参数拓展分析。结果表明:采用角钢约束后塔体边缘处受拉破坏形式发生变化,受拉破坏范围减小,结构的整体性增强,受压承载力和变形能力提高;数值计算结果能较好模拟古塔模型受力性能与破坏特征,模型极限承载力计算值与试验值误差在14%以内;增加角钢厚度和宽度都对塔体承载力有提高作用,对轻微损伤古塔加固时可增大角钢厚度,对损伤严重古塔加固时可增大角钢横截面宽度,以增强塔体抗裂性能与极限承载力。为古塔结构的安全性评定和加固提供参考。

竖向荷载下砖石古塔的损伤性能

以玄奘塔首层为原结构,分别采用原砖、1/4和1/8模型砖制作了3个1/8缩尺结构模型,进行受压试验,观测加载过程中结构裂缝发展特征,测试了结构荷载、位移及应变;并通过数值模拟,对比了3个模型受力及破坏形式,分析了古砖塔的受压破坏机理和损伤变化。研究结果表明:砖塔受压破坏过程包含沿灰缝开裂、裂缝扩展和延伸、裂缝贯通破坏3个阶段;塔体破坏始于四角顶部,随荷载增加逐渐向下扩展并贯通,形成小截面砖柱,砖柱失稳导致结构破坏;塔壁沿平面内及平面外产生水平向变形,部分砖块开裂,因砖块尺寸不同导致模型的初始损伤及刚度不同,开裂荷载和极限承载能力随砌块尺寸减小而降低,应变随块体尺寸减小而增大,并根据模型的整体变形和局部块体变形特点,分析古塔的受压破坏机制,计算出古塔受压损伤演化趋势。

多维地震作用下砖石古塔动力反应耦联分析

古塔砌体抗拉强度低,在地震作用下结构极易开裂,引起刚度沿横截面分布不均匀,结构平面刚度中心偏离质量中心而发生运动耦联。为研究多维地震作用下古塔动力反应的耦联关系,依据兴教寺玄奘塔结构模型振动台试验结果,对比分析了古塔结构在双向及三向地震作用下加速度及位移反应的耦联效应随高度的变化规律,参照结构破坏现象针对地震反应耦联机制进行分析。结果表明:在多维地震作用下古塔结构开裂破坏后,平面刚度发生变化,引起动力反应耦联;结构加速度及位移反应耦联效应系数随着测点高度的变化规律基本一致,但沿不同方向动力反应的耦联特征略有变化,多数加载工况下动力反应耦联系数的最大值为1.2左右。研究结果可为砖石古塔地震反应分析结果修正提供参考。

实心结构砖塔地震损伤数值模拟与试验验证

为研究地震作用下实心式古塔结构的损伤机制,建立了兴教寺玄奘塔1/8比例模型结构的数值计算模型,基于弹性余能等效原理,引入损伤参数,计算三向地震作用下结构的动力反应,分析了结构应力与损伤因子的分布;并将结构楼层位移反应与试验结果进行对比,分析了结构损伤机制。结果表明:引入损伤因子可实现古塔结构地震损伤的数值模拟,结构应力响应结果与损伤分布区域一致,但扩展方向不完全一致,结构各楼层位移反应基本一致,顶部楼层位移反应曲线沿基线略有偏移,塔体损伤形式为砌筑缝开裂,其分布区域与损伤参数基本一致。因此,通过连续化方法计算损伤参数能够确定地震作用下古塔砌体的开裂范围。

单目视觉人工路标辅助INS的组合导航定位方法

提出一种单目视觉人工路标辅助惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的定位方法。首先设计人工路标,并用相机拍摄各预先设置的人工路标,记录拍摄每个路标时相机位置和姿态,建立视觉路标库。在利用惯性导航系统定位过程中,对单目相机采集到的图像进行路标提取、与路标库中相应路标进行匹配,估计当前相机位置和姿态,然后利用卡尔曼滤波将视觉匹配估计的位置信息和INS有效地融合。实验结果表明:传统航位推算方法的平均误差为0.715 m,本文组合导航方法的平均误差为0.154 m,该方法有效地提高了惯性导航定位的精度。

开明寺唐塔地震反应及抗震能力分析

为了研究开明寺唐塔地震作用下的动态效应,通过力学性能试验确定塔的材料参数,建立塔体的数值模型,计算了结构动力特性,并根据场地条件选取El-Centro波作为地震动,分别按照7度小震、中震和大震进行输入,计算了塔体的动力响应,分析了加速度放大系数、层间位移、层间位移角随楼层高度的变化关系,研究结果可为古塔抗震能力评定提供参考。

里程计技术发展综述

里程计是实现载体定位、完成导航任务的重要工具。介绍了里程计的概念及其从纯机械式里程计、机械-电子式里程计、纯电子式里程计至视觉里程计的发展历程,重点介绍了视觉里程计工作原理,分析了不同里程计的优缺点,并对视觉里程计的间接法、直接法和半直接法进行比较分析。

西安八云塔动力性能与地震损伤机制

为研究陕西省西安市八云塔的地震损伤机制,分析了八云塔地震响应的基本规律及损伤破坏机制。采用经验公式数值计算分析了结构的动力特性,并对建立的模型合理性进行了验证;同时结合古塔砌体基本力学性能试验和砌体损伤本构模型为数值计算模型引入了塑性损伤因子,计算了结构层间位移及层间位移角,得到了结构损伤云图,并根据计算结果对塔体进行了地震损伤预测。结果表明,地震作用下八云塔首层的层间位移最大,并且与2层的层间位移形成突变,而11层结构的层间位移角最大;同时结构受拉损伤在首层的损伤区域分布最大,而3层的损伤累积因子最大。因此首层、3层、11层为结构破坏的薄弱层,八云塔结构的损伤模式为结构底部楼层开始出现损伤并逐渐向顶部楼层扩展,最终导致结构破坏。