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数字近景摄影测量在钢桁架节点试验中的应用

更新时间:2009-03-28

输煤栈桥在煤炭矿井及选煤厂的内部运输系统构成中占有关键地位 。现阶段输煤栈桥的上部承重结构多为钢桁架结构[1],其中节点是钢桁架结构中的重要组成部分,直接影响结构的力学性能、安全与使用。长期以来,专家学者们一直在对节点受力性能进行研究。2001年开始,国内的一些专家学者也开始进行钢节点的性能试验研究,并获得了较大的成就,为钢节点的研究做出了巨大贡献[2-5]。在进行节点受力性能研究时大多是利用位移计来测量节点各杆件的位移情况,但位移计安装比较复杂,准备过程费时费力且测量点比较有限。近些年近景摄影测量技术及数字图像处理技术飞速发展,在各行业的应用越来越广泛[6],近景摄影测量准备过程简便,操作简单,利用普通数码相机就可进行测量且可以测量试件的全场变形,故利用其进行节点的变形测量成为必然趋势。本文将数字近景摄影测量技术应用到栈桥管桁架节点试验测试中,从多方面检测节点的变形情况,使试验结果更加的精准,节点的变形情况更加的直观。

1 工程概况

本文以某输煤栈桥钢桁架节点为工程背景,该栈桥类型属于管桁架结构,栈桥跨度为30 m,宽度为6.9 m,该栈桥的下弦节点平面外通过一节点板连接H型钢梁,以承受皮带走廊、运煤设备及其它荷载。这种节点形式受力比较复杂,属于新型节点形式。目前对其研究较少,其设计方法尚无具体规范条文可以直接参考,有必要选取其典型节点进行模型试验,以评估该类节点的受力性能,破坏模式以及极限承载力。本次试验选取栈桥上受力较大的一个典型节点,节点材料采用Q345钢,节点杆件弹性模量为200 GPa,节点示意图如图1所示。

2 全场测量方案设计

本次试验将近景摄影测量技术运用到节点全场变形的测试中,近景摄影测量技术的具体实施情况如以下几方面所述。

2.1 数码相机的检校

在利用数码相机获取图像过程中由于镜头光学畸变影响,像点坐标会产生误差,影响量测精度,故必须对数码相机进行检校。

本文通过软件PhotoModeler Scanner利用室内检校板(图2)对试验所用数码相机进行检校。该检校板为一个十二行十二列的共面点阵,共144个标识点,其中4个编码标识点,可自动识别匹配且具有唯一身份[7]

在先进的节水灌溉技术推广应用过程中,如果缺少广大农牧民群众参与,只有政府部门一方面开展,很难取得突出成效。因此在日常工作中,就需要做好农田水利节水灌溉技术的广泛宣传工作,在全社会上下形成节水的好习惯、好风气。在实际工作过程中,可以通过对农业用水价格进行调整,制定完善的鼓励机制,促建社会大众更加重视水资源,科学利用,从而有效促使先进的节水灌溉技术在广大基层地区得到切实推广应用。通过开展广泛的宣传教育,对促进节水灌溉技术的快速推广应用,有着事半功倍的作用。

  

图1 节点示意图Fig.1 Node diagram

  

图2 室内检校板Fig. 2 Indoor calibration plate

拍摄时,检校板保持不动,用相机从四个方向分别拍摄2张照片,其中一张相机90°旋转拍摄,共8张照片。

将拍摄图像导入PhotoModeler Scanner软件,利用软件检校板块进行相机检校,经图像处理后得到相机检校结果。

用Photo Modeler Scanner软件进行测点标志的像素提取,像素提取之前如图5所示把标志点进行编号,按顺序对标志点像素坐标进行提取,选取标志点中心黑色方块的坐标。量取各杆轴线上标志点的像素边长求取尺寸换算系数,进而得到各标志点的实际位移变化。

就这样,我在家坚持忍了整三天。这三天,我整个人都瘦了一大圈儿。到了十月二日,老婆再也忍不住,坚持非要领我去医院,还说,你就算不为了你自己,你为了我去医院看看病行不?这一天到晚,净咳儿咔的,还能不能让人睡个好觉了。老婆都这样说了,我还能坚持么?

通过软件像素坐标提取功能可以得到检校板上4个控制点的坐标及坐标精度,且精度均在±0.1 mm以下,可以很清楚地看出相机检校结果较好。

2.2 标志点的选取与布设

对钢管节点静力性能试验,采用数字摄影技术对节点各部分的变形进行实时观测测量,为了保证和提高测量精度,在数据采集过程中需要布置合适的人工标志。人工标志大部分为平面型,一般采用黑白相间的颜色。标志的外形较多,通常根据测量对象、测量方法及测量环境进行选择[8]

本次试验在室内对钢桁架节点进行定点拍摄,为了得到钢桁架节点杆件上一些点的坐标值信息,必须在相应位置布置标志点。考虑拍摄对象特征及要求,将一个正方形九等分,选取中间和四个角的部分做成黑色,材质为纸质,黑白相间使标志点非常容易辨识。

根据节点变形监测目的,选取弦杆和腹杆轴线上相应位置布设标志点,其中上部腹杆标志间距为200 mm,底部主弦杆标志中心间距为150或100 mm,在试件外安装大型校准标尺,黑白方格长度均为25 mm[9]。具体标志点的布置如图3所示。

2.3 数码图像的采集

一旦打算要孩子最好尽早受孕。在做出要孩子的决定后就不要再拖延下去了,否则身体的组织不断地在老化,卵子的活力也越来越低,直接影响胚胎的质量。

路面基层检测合格及模板安装完成后,进行钢筋网安装。先将横筋按设计尺寸布置于底层,再将纵筋布置横筋上方,在此过程中要注意钢筋在板厚方向的高度,预留足够的保护层厚度。钢筋布置完成后进行钢筋连接,纵向钢筋接头采用电弧单面焊接,搭接长度为16cm,焊接接头处应错开布置,接头连线与路面行车方向成45°夹角,纵向钢筋与横向钢筋交叉处采用钢丝绳绑扎。采用φ16钢筋弯拉制做成“Ω”形置于横向钢筋下作为钢筋支架,并采用电焊连接,横向布置间隔约为150cm,纵向布置间隔约为120cm。

  

图3 标志点布置方案图Fig.3 Map of signage scheme

3 数字近景摄影测量技术的应用

3.1 数字图像预处理

此外通过分析数据可以得出竖杆在竖向荷载400 kN时,竖杆节点区域进入塑性阶段极限荷载800 kN;斜杆在700 kN时斜杆节点区域进入进入塑性阶段,极限荷载1200 kN。节点的竖杆设计荷载为340 kN,斜杆的设计荷载610 kN。

  

图4 预处理前图像Fig.4 Pretreatment Image

  

图5 预处理后图像Fig.5 Postprocessing image

利用Image-Pro Plus软件可以改变图像的对比度,这种处理能够提高视觉判断的质量,对比度扩展增强,使图像特征更加明显。对于管桁架节点来说,增强标志点上黑色与白色的对比度有利于提高像素坐标提取的准确度,提高测量精度,预处理前图像如图4所示,预处理后图像如图5所示。

将试验开始前状态作为起始状态,采集数字图像,共采集包括初始状态在内的16级荷载作用下的结构变形图像。试验测试开始前,将数码相机架立于支架上并固定。调整数码相机,使其视角能够覆盖整个试件。调整相机摄像参数,采用延时摄影方式,延时时间依据加载速率确定。为提高摄影测量精度,试验过程中可对弦杆进行单独拍照,获取局部标志图像。对于不可定量量测的构件局部变性破坏,实时拍摄照片,反应破坏现象。

从检校结果可以得到下列信息:本次试验所用相机型号为Canon EOS 6D,相机焦距为24.833 6 mm。像主点坐标为(18.032 8 mm,12.183 4 mm)。K1,K2,K3为径向畸变(radial distortion)改正系数;P1,P2为偏心畸变(decentering distortion)改正系数;像幅为5 472×3 648。相机检校完成后,仔细检验检校报告,各项标准的偏差均在精度限差之内。

3.2 尺寸换算系数确定

由图6分析可知,由于在试验加载过程中一直在协调千斤顶的加载顺序控制节点的水平位移,导致节点在试验过程中的实际水平位移比ABAQUS模拟位移小。通过对数字近景摄影测量数据的分析得出,前几级加载过程中拉、压荷载等级不同步的原因,导致试件杆件受力不平衡,数据出现回弹现象,通过协调拉、压加载过程后期趋于稳定。

 

表1 尺寸换算系数汇总Tab.1 Summary of size conversion coeff i cient

  

点号 1~4 5~7 8 平均值像素/mm 0.181 0.176 0.165 0.174

3.3 钢节点各杆相对位移变化

通过尺寸换算系数对测量的像素距离进行换算并计算钢节点各杆上标志点相对位移变化。图6、图7是三根杆上各标志点对应的荷载—位移曲线。

利用Photo Modeler Scanner软件对图中标志点进行像素提取,并基于图中的编码标志点确定了图中对应于1#~4#点,5#~7#点以及8#点的实际尺寸换算系数,如表1所示。

由图7各杆荷载—竖向位移曲线分析可以得出,数字摄影测量数据与ABAQUS有限元模拟数据结果有一定的差距。其原因是有限元模拟计算为理想状态,实际实验过程还有小部分架体位移没有完全消除。但曲线的发展趋势基本一致呈线性变化,表明测量结果比较可靠。

在实际试验过程中,由于环境和设备等因素的不同,图像的获取存在光照不均、阴影等噪声干扰。为突现图像特征和降低噪声干扰,必须通过合理的方法对图像进行滤波和对比度增强的处理[10]

4 结论

MIDAS/GTS中采用边坡稳定安全系数大小来反映坡体的稳定情况,通过SAM法对最危险剖面进行分析计算发现,Ⅱ-Ⅱ剖面在天然工况条件下,坡体的稳定安全系数为1.087 5,处于欠稳定状态,当遇强降雨条件时,雨水沿着裂隙进入岩土体中,会导致岩土体抗剪强度降低、自重增加,进而会导致坡体进一步滑移,严重威胁坡体上教学楼及幼儿园的安全使用及师生的生命财产安全.采用双排桩加固后,由于抗滑桩与岩土体的嵌固作用以及与岩土体的摩擦作用,能有效稳固坡体,坡体的稳定安全系数提高到1.487 5,安全系数提高了36.8%,坡体处于稳定状态,说明埋入式双排桩的设置对坡体的稳定起到了很好的作用.

电影里有一个细节,迈克和手下正在谈论帮派事情的时候,迈克的姐姐对着他说了一句话:“父亲从来不会在餐桌上当着孩子们的面谈‘生意’。”当时迈克愣了片刻,然后吩咐手下走出了房间。

2)利用数码相机来获取钢桁架节点的影像检测节点变形,此种方法具有简便的操作性,数据分析结果与有限元模拟结果比较证明,数字近景摄影测量结果比较可靠,为钢桁架节点的变形检测找到了一条新的可行途径。

在Pocketspinx的实验中,除了表5中所示的特征提取参数以外,其他均使用Pocketspinx语音解码器的默认参数。

 
  

图6 各杆荷载—水平位移曲线Fig.6 Load - horizontal displacement curve

3)利用室内检校板对本次试验使用的数码相机进行了检校,结果证明相机精度较高,较好地达到了试验数据的精度要求。

4)近景摄影测量的一个特点就是广泛使用人工标志。本次试验根据拍摄对象特点和试验要求选择了合适的标志点并进行了布设,为精度提供了进一步的保证。

 
  

图7 各杆荷载—竖向位移曲线Fig.7 Load - vertical displacement curve

参考文献:

高邮湖地处苏皖交界,北与洪泽湖水系相连接,南与长江水系相连通,东临江苏高邮,西接安徽天长,跨安徽省天长市和江苏省高邮市、宝应县、金湖县。高邮湖湖区主属江苏省,是江苏省第三大湖,水域总面积为760.67 km2,在高邮市境内水域面积392.82 km2,占高邮湖总水域面积的55.32%。高邮湖属浅水型湖泊,由古泻湖经长期淤积和人类活动影响而成。

[1]李 伟,焦守林,蒋丽丽.钢管桁架在输煤栈桥中的应用[J].山东煤炭科技,2015(9):127-129.

3) 根据风险评价计算结果,采取一定的措施控制风险,减少事故发生的可能性,同时应根据风险评价的结果确定再评价的时间间隔。

1)运用近景摄影测量技术可以获得钢桁架节点各杆件的位移变化,从而获取钢桁架节点结构的复杂位移场。

[2]FUNG T C,SOH C K,GHO W M,et al. Ultimate capacity of completely overlapped tubular joints I. An experimental investigation[J].Journal of Constructional Steel Research,2001,57(8):855-880.

[3]FUNG T C,SOH C K,GHO W M,et al. Ultimate capacity of completely overlapped tubular joints II.Behavioral study[J]. Journal of Constructional Steel Research,2001,57(8):881-906.

从职业信念、教育信念、学生信念和学科信念等维度,探讨张老师的教师信念变化及其职业发展的基本过程。根据日记中反映的信念变化和建构过程,发现初任教师成长为成熟教师大约经历四个阶段:初任期、职业发展的初步稳定期、职业发展的犹豫期、职业发展的稳定成熟期。由于篇幅关系,下面摘抄的日志、听课记录、会议记录和培训学习笔记只是原文的一部分。

[4]隋炳强,罗兴隆,王发强,等.中美欧圆钢管相贯节点设计方法比较[J].河北工程大学学报:自然科学版,2012,29(2):20-23.

[5]严德绪,万红霞,王小平.钢管受拉变截面拼接节点试验及有限元分析[J].工业建筑,2014(6):112-116.

[6]陈汗青,万艳玲,王国刚.数字图像处理技术研究进展[J].工业控制计算机,2013,26(1):72-74.

[7]程效军,许诚权,周行泉.基于PhotoModeler Scanner的普通数码相机快速检校研究[J].遥感信息,2011(4):80-84.

[8]冯文灏.近景摄影测量[M].武汉.武汉大学出版社,2002.

[9]粱 菲.近景摄影测量在桥梁变形监测中的应用[D].重庆:重庆交通大学,2010.

[10]郭庆林.沥青混合料内部应力分布及其对粘弹性能的影响研究[D].长春:吉林大学,2013.

 
李万庆,续玉倩,孟文清,郭庆林,王睿
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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