(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210632719.1 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 中国航空规划设计 研究总院有限公 司 地址 100120 北京市西城区德外大街12号 (72)发明人 刘金泰　马伯涛　刘鑫刚　王明珠　 覃杰　葛家琪　 (74)专利代理 机构 北京中建联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11004 专利代理师 孙彦斌 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方 法 (57)摘要 本发明公开了一种古建筑木结构稳定评估 计算模型的构建方法， 包括如下步骤： 步骤S1、 测 量古建筑木结构柱架层控制点的坐标； 步骤S2、 测量古建筑木结构铺作层控制点的坐标； 步骤 S3、 构建几何模型； 步骤S4、 开展原位材料性能参 数检测； 步骤S5、 对古建筑木结构的节点性能进 行初选； 步骤S6、 建立计算模型， 并进行计算模型 迭代， 直至计算模型在自重荷载作用下获得的各 控制点坐标与测量得到的坐标之差的以向量形 式表示后的长度均满足： |ΔUk|≤1mm， 则进行步 骤S7； 步骤S7、 开展木 结构动力特性实测， 识别出 前两阶自振频率f1c、 f2c以及振型Фc； 步骤S8、 对 计算模型开展模态分析， 得出前两阶自振频率 f10、 f20以及振型Ф； 步骤S9、 计算f10相对于f1c 的误差及f20相对于f2c的误差。 权利要求书3页 说明书14页 附图1页 CN 115114705 A 2022.09.27 CN 115114705 A 1.一种古建筑木结构稳定 评估计算模型的构建方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤S1、 测量古建筑木结构柱 架层控制点的坐标； 步骤S2、 测量古建筑木结构铺作层控制点的坐标； 步骤S3、 基于所测量的柱 架层控制点和铺作层控制点的坐标， 构建几何模型； 步骤S4、 对古建筑木结构开展原位材 料性能参数检测； 步骤S5、 对古建筑木结构的节点 性能进行初选， 获取节点 参数； 步骤S6、 利用步骤S3所构建的几何模型、 步骤S4所检测的材料性能参数和步骤S5所获 取的节点参数， 通过有限元软件建立计算模型， 并进 行计算模 型迭代， 直至计算模型在自重 荷载作用下获得的各控制点坐标与测量得到的坐标之差的 以向量形式表示后的长度|ΔUk |均满足条件： |ΔUk|≤1mm， 则进行步骤S7； 步骤S7、 开展木结构动力特性实测， 识别出 前两阶自振频率f1c、 f2c以及振型 Фc； 步骤S8、 采用有限元方法对计算模型开展模态分析， 得出前两阶自振频率f10、 f20以及 振型Ф； 步骤S9、 计算f10相对于f1c的误差以及f20相对于f2c的误差， 如果满足误差均在10％以 内， 且前两阶振型一 致， 则古建筑木结构稳定 评估计算模型构建完成。 2.根据权利要求1所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S1中， 测量时将柱架层控制点选为古建筑木结构中承重柱的柱底形心和柱顶形心， 依据 古建筑木结构形制分层、 编号， 逐层、 逐柱地获取第i层、 第j根承重柱的柱底形心和柱顶形 心的三维坐标， 每处柱底形心三维坐标以行向量形式表述为： 每处柱顶形心三维坐标以行向量形式表述： 基于柱底形心和 柱顶形心的三维坐标 和 构建出木结构的柱 架层。 3.根据权利要求2所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S2中， 测量时将铺作层 控制点选为古建筑木结构中各层柱架之 间斗栱底面形心和斗栱顶 面形心， 记第i层、 第 j根柱子之上一攒斗栱的栌斗底部形心 为斗栱底面形心， 测量换算其三 维坐标， 每处斗栱底面形心三维坐标以行 向量形式表述为： 选 取第i层、 第j根柱子之上一攒斗栱竖向轴线与斗栱最上层的梁构件轴线的交点作为斗栱顶 面形心， 测量换算其三维坐标， 每处斗栱顶面形心三维坐标以行向量形式表述为： 基于斗栱底面形心和斗栱顶面形心的三维坐标 和 测量斗栱节点中其 他构件轴线的交点， 构建出木结构的铺作层。 4.根据权利要求3所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S6中， 利用步骤S3所构建 的几何模型、 步骤S4所检测的材料性能参数和步骤S5所获取的 节点参数， 通过有限元 软件建立计算模型， 并进行计算模型迭代修 正， 包括如下步骤： 步骤S61、 利用步骤S3所构 建的几何模型、 步骤S4所检测的材料性能参数和步骤S5所获 取的节点参数， 通过有限元软件建立第1代计算模 型， 记录此时k＝ 1， 其中， 模型采用梁 单元 构建， 单元位置与构件的轴线方向重合； 步骤S62、 开展第1代计算模型在自重荷载作用下的有限元分析， 计算模型在自重荷载权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115114705 A 2作用下的内力情况； 步骤S63、 量化构件和节点的刚度损伤， 获得第2代计算模型， 记录此 时k＝2， 包括： 对于 勘查中存在显著残损的区域， 详细勘查裂缝的深度和 宽度， 利用步骤S62计算得到的第1代 计算模型的内力设计加载制度， 以完好构件与带损伤构件的刚度之比作为刚度损伤指标D， 在有限元模 型中将对应构件区域的节 点刚度从K修正到KD， 并满足： KD＝K ×(1‑D)， 获得第2 代计算模型； 步骤S64、 开展第k代计算模型在自重荷载作用下的有限元分析， 提取计算得到的各控 制点坐标： 柱底形心 柱顶形心 斗栱底面形心 和斗栱顶面形心 步骤S65、 计算第k代计算模型各控制点坐标与测量得到的坐标之差， 以向量形式表示： 其中， 柱底形心 柱顶形心 斗栱底面形心 斗栱顶面形心 5.根据权利要求4所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S6中， 利用步骤S3所构建 的几何模型、 步骤S4所检测的材料性能参数和步骤S5所获取的 节点参数， 通过有限元 软件建立计算模型， 并进行计算模型迭代修 正， 还包括如下步骤： 步骤S66、 计算步骤S65中计算得到所有差向量的长度|ΔUk|， 若均满足条件|ΔUk|≤ 1mm， 则继续进行至步骤S7； 否则进行步骤S67； 步骤S67、 更新计算模型各控制点坐标， 模型中的其他点可利用线性插值确定坐标， 更 新后的柱底形心 柱顶形心 斗栱底面形心 斗栱顶面形心 更新完成后， 令k＝k+1， 返回 步骤S64。 6.根据权利要求1所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S3中， 基于所测量的柱架层 控制点和铺作层 控制点的坐标， 构建几何模型还包括： 对于柱 架层和铺作层以外的其余构件， 测绘其轴线与相邻构件交点的坐标， 与控制点坐标共同作 为几何模型构建的依据， 其中， 其 余构件包括斜向支撑、 水平 支撑。 7.根据权利要求1所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S4中， 对古建筑木结构开展原位材料性能参数检测包括： 利用应力波测试法获取木材 的 弹性模量， 并参考相同树种的试验结论， 推断其密度、 泊松比、 顺纹抗拉强度、 横纹承压强 度、 抗剪强度。 8.根据权利要求1所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 步 骤S5、 对古建筑木结构的节点性能进行初选包括： 利用不小于1:5的模型试验， 获得节点的 弯矩‑转角曲线， 获取节点关键指标， 其中， 节点性能初选对象包括古建筑木结构中的梁柱 节点和柱脚节点， 节点关键指标包括刚度、 屈服强度、 极限强度、 失效位移。 9.根据权利要求5所述的古建筑木结构稳定评估计算模型的构建方法， 其特征在于： 还 包括如下步骤： 步骤S10、 如果不满足误差均在10％以内， 且前两阶振型一致， 则返回步骤S61， 若f10+f20 <f1c+f2c， 需要将步骤S6计算模型中的节点刚度按一定比例放大， 若f10+f20>f1c+f2c， 需要将权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115114705 A 3