文摘

古代木结构在中国历史上是一种珍贵的建筑文化遗产,它具有较高的文化和艺术价值。然而,由于自身的影响材料结构和长期保存和维护过程中,由于长期荷载、地震、火灾、人为损坏,等等,古建筑遭到或多或少的损失,可能会导致结构的突然失败,严重影响建筑结构的安全。因此,生活的预测研究古代木建筑的可持续发展具有指导意义。本文研究古代建筑的寿命预测,介绍了人工智能算法。通过比较新旧古建筑的破坏的各种古建筑的结构,并使用各种各样的方法来找到一个更精确的方法来预测古建筑的生命,通过各方面的研究和比较,我们发现了木列和梁的变化。系数分别为22.97%和22.54%,影响木成员的使用寿命。的残余强度比抗压强度设计和新材料的抗弯强度设计和旧材料分别为60.42%和26.67%,分别。

1。介绍

中国古代木结构有着非常重要的地位在中国文化发展的历史和建筑。这是人民爱国主义教育的生动教材,社会主义,民族传统和革命传统。特别是,一些古代的建筑已经成为城市的象征和文化。古老的木质结构在很大程度上显示了建筑文化的发展特点,艺术和技术。目前,许多古老的木制结构的一个重要组成部分,中国的优秀的和有价值的文化遗产,它不仅具有较高的学术价值,也密切相关,人民日益增长的精神文化需求。建筑反映了一个时代的技术和科学水平,它忠实地反映了人们过去的生活,是一种不可再生资源,所以它有一个较高的社会和文化价值。如果不保护这些珍贵的文化遗产尽快,他们可能遭受毁灭性的破坏。预防和消除损害古建筑和延迟破坏目标的方式的进步是很重要的问题,迫切需要解决。机器人是人工智能的结晶,但是他们的应用程序在预测生活的古老的木质结构是少之又少。管理主要的木质建筑,这是一个非常重要和有意义的工作,科学、有效地预测木古代建筑的使用寿命。 This paper uses artificial intelligence algorithm to study the service life of wooden structures, which has a certain innovation. The research of this paper can be widely applied to the monitoring and prediction of settlement of ancient buildings, the prediction of changes in physical properties of wooden structures of ancient buildings, and other related archaeological problems.

许多人研究古代建筑。张的研究发现徽州建筑的四个在中国古代建筑学校,以木为核心。准确预测木材的徽州建筑保护古代建筑具有十分重要的意义。目前,很少有研究徽州建筑。Elman神经网络是一个典型的多层动态递归神经网络函数的映射动态特性通过存储内部状态,所以网络有能力适应时间。变化特征可以被用来预测复杂的非线性时变系统。基本Elman神经网络是慢火车,往往会达到一个局部最小值。因此,使用一种自适应变异算子的粒子群优化算法用于完善基本赫尔曼神经网络。该算法优化每一层的重量。通过提高网络训练值可以安装和测试值可以有效地预测更准确。 Simulation results show that the network structure can be applied to life well. Span prediction of Huizhou buildings [1]。外汇通过人工智能的研究显示它的抽象。与过去不同,目前的建筑密度,导致减少横向通风。然而,高密度环境仍然提供了机会来控制太阳辐射通过提供阴影现场和建筑物内。传统建筑使用气候形态修饰符。社会和文化方面影响架构,因此,当地材料已经进化为现代建筑在城市地区的一部分。与幸存的建筑物在最大的城市,这个研究提供了新的活力苏腊巴亚的环境变化作为低地地区和玛琅高地地区。领域的研究进行了识别和评价建筑的实际情况信封表面通过每日测量。红外温度计用于现场测量表面温度。此外,湿度计用于检查材料的含水率,和太阳能米是用来检查周围的太阳辐射。 The results of this study show that lowland houses have better material performance in climate control by reducing extreme conditions than highland performance. Overhangs and terraces as transition spaces can significantly reduce the amount of daily radiation, exceeding 1500 W/m²。一般来说,热带房子的问题不仅仅是由于接收太阳辐射的频率普及率也由于屏蔽建筑材料的不足2]。莱文研究发现AI-centric transhumanism和大规模数据收集和监测所追求的商业和政府实体分享核心特征。知识是信息在本质上,技术是中性的,可以技术程序条款和伦理挑战。在这篇文章中,我把主要精力集中于后者的这些特征表现在整个社会。这里,关键使用导致工艺过程变化数据实践是有限的,因为他们创造基本的进步的错觉,同时保留可疑的假设知识和价值完好无损。因为最近的事情最难收集,如果我们看到他们在一个完全不同的和令人惊讶的环境,我们可以更容易地辨别这些假设。古代修辞体现我们版本的三个因素。柏拉图的批判言论和他的哲学方法论方面可以帮助我们理解为什么我们应该反驳知识和价值观,同时其他的日益流行的观点。(3]

本文通过调查和研究古代木建筑,通过建筑的各个方面的比较研究,引入人工智能的多个方法,结构可靠性评估和剩余寿命预测的木质古建筑。保护有积极的影响。不仅可以及时修复和翻新古代木建筑也减少安全隐患的出现,为子孙后代留下宝贵的文化遗产4]。因此,如何更好地保护古代建筑具有十分重要的意义。

2。该方法

2.1。剩余的生命结构的预测方法

当前的剩余寿命预测的方法结构通常只考虑几个关键因素之间的各种影响因素,并预测方法将涉及多个学科。古代木建筑的使用寿命影响因素主要包括物理、化学和生物方面。由于各种因素,很难量化古老的木制结构的剩余使用寿命,因此,预测过程相对复杂。的剩余寿命预测方法的结构,国内外专家、学者提出了以下几方面(5,6]。(1)经验预测方法:这种方法主要是相关研究者的经验,知识水平和预测结果。它是基于大量的网站获得的结果和实验室和相关的经验和知识积累。生活是半定量的预测推断。因此,它是高度主观的。(2)剩余寿命预测方法考虑经济风险优化:考虑检测的成本,重建,或扩张的整个生命周期结构,现有结构的条件可靠度和失效率函数,结合优化理论,用于预测结构的剩余生活(7]。(3)结构可靠性的理论预测方法:该预测方法是基于结构阻力随时间逐渐下降的原理,并根据结构截面的非平稳随机过程,建立了结构可靠性和时间之间的关系来计算结构可靠性,余下的生命结构的承载力的结构-结构的使用寿命,这是剩下的生活结构。这种方法对于预测结构更加合理的使用寿命。(4)结构耐久性预测方法:该预测方法使用灰色关联作为标准,和结构的耐久性分为两个指标:恶化的程度指标和恶化的速度指标。在不同层次结构评价和随时间的变化。结构的关系恶化,其余的生活获得的结构(8,9]。

很少有算法预测木质古建筑的生活,主要专注于木质结构的累积损伤模型,有限元分析模型和BP神经网络。近年来,一些专家和研究人员采用了智能方法如神经网络方法、模糊方法,和动态分析方法来预测剩余的生命结构,并取得了一些重要成果,但还需要进一步的研究。

2.2。请测量方法

在实际应用中,由于因变量与自变量之间的关系通常不是线性的,它们之间存在复杂的非线性关系。传统的请只适用于线性模型,这将导致实际应用大偏差。请算法是一个花键变换添加到请算法。样条函数是构造使用分段拟合的想法。它的优点是,它可以减少需要适应不断变化的曲线。样条函数是连续的和光滑的10,11]。

收集独立和相关的变量(Y),并执行花键转换独立变量将非线性问题转化为高维空间中准线性问题。模型采用三次b样条函数作为转换的基础。

其中,ξ_{j l−我}是分区的插入点变量x_j;h_j是分区的区段长度变量一个_j。

变量的最小观测值x_j分钟(一个_j),最大观测值是max (x_j)。

其中,米_j段划分为变量的数量吗一个_j。非线性函数所有的独立变量和因变量之间的关系

其中,y有一个线性和Ω之间的关系₃(x_j−ξ_{j l−1}/小时_j),可以变成了准线性回归模型。每个维度x_j受到三个b样条转换x_j⟶Z_j,和原始变量空间(一个,Y)转化为(Z,Y)。

使用新的自变量和因变量(Z,Y)来预测请算法和发现 。

2.3。建立极限状态

结构的极限状态是指一个国家的结构不能正常使用,这主要是指整个结构或结构的一部分超过其规定的承载力(12]。影响结构的可靠性的因素包括材料强度,计算模式,和负载的影响。这些因素可以表示为随机变量。如果X₁,X₂、…X_n代表了基本随机变量的结构,结构的功能是用来描述的功能结构的工作状态,即表示为: 被称为结构的极限状态方程(13,14]。图1显示结构的工作状态在直角坐标系:

从结构可靠性的角度,影响结构可靠性的因素可分为两个随机变量:结构性阻力R(变形的能力结构或抵抗破坏的能力)和负载的影响年代(变形引起的负载效应,内力,等等)。在这个时候,结构函数可以表示为:

2.4。木框架结构的古建筑

最显著特点之一,中国古代的木制结构之间的榫臼连接梁和列。巧妙的榫臼连接方法不需要钉子或一个铁,和独特之处在于,它显示了强大的半刚性的连接接头特点。它在中国有几千年的历史。榫通常插入列柱直径的一半。榫连接可以承受相当大的弯矩。常见的木榫在垂直面古建筑维修优惠(15,16]。另一方面,tenon-and-tenon联合削弱了木制的横截面成员,这降低了节点的承载力。然而,古代建筑结构材料公差非常大,所以半刚性的关节的灵活性是充分的利用。减少连接不仅改变了结构的特点,而且从变形吸收能量的一部分在地震期间,减少结构的地震反应(17,18]。

榫臼结构有多种形式。从力学性能的角度来看,它分为直接和吻合。吻合通常使用顶部的塔,和直榫通常用于塔。

燕尾结构可以承受拉伸和压缩力量。梁直榫结构可以承受极限载荷下的压力,而是因为只有插入中间的矩形孔的圆柱,它可以承受榫。最大摩擦力之间有列和列的毛孔。当拉伸力超过最大摩擦力,榫将退出(19]。由于撤军,有一个大构件之间的相对运动。这个运动变化结构的完整性和结构的内力分布。这种结构的另一个理想的方面是,地震等动态载荷的作用下,产生的结构松动和组件之间的摩擦会吸收大量的能量,从而提高结构的抗震能力(20.,21]。

梁的榫和列的铙钹不仅可以承受大压力和小张力也承受一定的弯矩,和弯矩将产生一定的二次应力。这二次应力将包括弯矩应力和剪切应力,同时存储。一般来说,弯矩应力主要被认为是(22,23]。此外,二次压力还包括轴向应力。这个轴向二次压力是很小的初始应力相比,在计算可以忽略。二次应力的原因是,当榫结合,榫有一定长度时嵌入到榫。这限制了梁从旋转圆柱体,产生弯矩。因此,节点可以简化为变刚度元素具有一定刚度的计算和添加到有限元程序计算(24,25]。

当木制结构不受水平力,低框架的梁轻,和垂直荷载是由列。在初始阶段的水平荷载,榫开始接触和结构显示少量的滑动。在这个阶段,榫可以视为铰接。继续加载,榫眼开始受到剪力和弯矩的影响,结构强度增加,直到屈服载荷和榫眼坚定地连接。继续加载极限载荷。列的两端连接到榫头,也就是说,列和基石,顶部的列和斗弓停甚至分离。在这个时候,虽然梁柱接头榫偏差,它不出来。因此,根据工况的锄头在水平载荷下,木质结构的荷载位移曲线可以得到如图2。

结构性破坏主要是由于不安全的连接两端之间的列,脱离,并削弱了结构完整性。因此,只要两端气缸的加强,同时应采取一定措施,锄头连接的梁和柱在最不利的条件下不会下降。加强各个组件之间的联系,提高结构刚度,并充分发挥材料的力学性能,提高结构的承载力,图中虚线所示2。最终,结构材料的破坏被摧毁。

直榫和列之间的联系主要是半刚性的连接。榫时变形、轴向变形引起的轴向力的榫是非线性的。它可以被认为是弹性不降低材料的属性。除了最大静摩擦,梁的内力由退出榫和梁的位移包括两端的榫类似于理想弹塑性收益率曲线由于几何原因。这种关系意味着光束的轴向力之间的关系和榫的相对变形是非线性的,如图3。

2.5。计算方法对不同的木梁的特征

古老的木梁,上述构造函数方法只是一个宏观的概念,和以下因素没有被考虑。首先,边界条件不同:木材结构梁、柱由阴阳榫连接,和木梁的两端是半刚性的轴承。之间的边界条件简单梁和固定梁的支持。部分解决梁支持很容易增加挠度值;第三个材料是不同的:由于木节的存在和其他缺陷,古代过程保留日志的不规则梁截面;第四个约束是不同的:属于单拱桥梁,木梁的最大挠度在已经成为一个问题。在下面,上面的四个因素的影响的方法推导了基于应变的木梁的挠度进行了研究。

理论上,简支梁没有在外力作用下的弯矩,但有弯矩族支撑梁的两端。这样的弯矩的存在会导致结构的梁截面应变分布改变,改变挠度值。然而,梁和柱之间的榫接合在传统的木质结构属于非刚性梁的半刚性的支持,所以支持的弯矩必须有一定的对挠度的影响。从力学的角度,考虑到半刚性的轴承、应变的组合测量的适用性和建筑功能的木梁的挠度测量方法进行了研究。半刚性的轴承是一种梁之间简单的支持和固定连接,所以很难从理论上定量确定挠度方程。因此,梁的总应变可分为压力由于负载和压力由于半刚性的轴承的等效附加弯矩,如下所示。 Δ在哪里ε是总应变,产生的应变等效附加弯矩的半刚性的轴承、和Δ吗ε_F是负载所产生的应变。

对于简单的支持梁,支持的解决不会导致梁的内力变化。与半刚性的成员支持两端,梁的两端会产生附加弯矩,从而导致应变。然而,根据上面的附加应变梁体的附加弯矩引起的轴承可能包括在生成的额外的压力轴承,也就是说,

轴承和载荷的叠加压力叠加根据相同的函数形式,并倒入挠度的计算转换的实现。然而,引起的挠度值的解决不仅包括应变,而且位移的支持。该算法只考虑挠度值由应变引起的,也就是说, 在哪里ω(x)_ε代表了挠度由于应变ω(x)_Δ代表了挠度由于沉降位移。

为了使构造函数的系数可以通过压力的解决方案,有必要确保未知系数导数后不会消失。

方程(9)只代表了偏转ω_ε由压力引起的,并在此基础上,ω_Δ可以根据之间的比例关系是线性叠加的沉降值Δ吗_l,Δ_r轴承的左右结束,也就是说,

最后,偏转的形式获得的结构如下: 在哪里l₁和l₂梁边界的长度(什么时候l₁是0,l₂梁的长度)。

2.6。压缩变形的成员

2.6.1。变形的支柱

在中国古代建筑与木框架为主体,木列的主要承载成员。根据支柱的位置,其负载变化很大。例如,内在黄金支柱和中间支柱载荷比檐柱,但各种支柱上的负载是粮食压力。从柱的破坏的角度来看,它可以分为几种类型的伤害:耻辱,根,整个轴。

耻辱的压力:长期呼吁木支柱经常分裂成几片花瓣顺纹的耻辱。更重要的是,增加了部分超出柱的直径。在这种情况下,黄金列以木制塔的顶层的情况出现了部分压力。

根是烂:古代建筑的根很容易腐烂由于长时间潮湿或下雨。墙上的木柱子被包装,木质的根柱子更容易腐烂。的木柱子被腐蚀成枣核,和周围的木柱子成为粉状物质。屋檐下和Jingqingmen的中心支柱都是这一现象。的根Jingqingmen支柱腐烂,导致支柱下沉。另一种类型的迫在眉睫的支柱不是封闭的墙上被风侵蚀,空气温度沿木纹和腐蚀沟槽。这种现象也出现在的外檐二级平以木制塔塔。它甚至会侵蚀一个树桩薄,但它是相对罕见的树桩是压缩和分裂。

支柱分裂:早期的木制建筑没有使用接地棒,和所有木制组件被暴露。受各种因素的影响在本质上很长一段时间,气缸将分成不同的度。耻辱的耻辱扩展到一些树桩,和一些向上扩展的树桩。裂缝有时裂缝在支柱上的多个位置,达到1厘米,大约柱的直径。裂缝的发生将不可避免地影响木制柱的承载力。木柱子的破坏主要是由于压缩粮食。

2.6.2。变形桶桶拱成员

拱的功能是传输负载瓦屋顶和梁框架柱,所以它是一组复杂的成员与复杂的部队。它是由一系列的拱门,挂起、扭曲和桶,将负载转移到耻辱。力传输的过程中,它往往是裂缝或破碎的拱门和扭曲的十字路口。最常见的是大型桶或互动的现象在压力下分裂。耻辱和角落斗弓也很容易分裂由于集中力,但拱的破坏主要是压缩引起的横向条纹。

2.6.3。梁的变形

梁挠度:梁和挂在古建筑上承载的成员。由于长期荷载、梁弯曲变形是一种常见的古代建筑。这是在永乐宫,三清大厅,大厅Chongfu庙和Nanchan Shuoxian县梁弯曲。

光束分裂:裂缝也发生在古代建筑的梁。裂缝在生病节和涡轮机。第二,光束的内应力是复杂的。在长期的压力下,木材的强度逐渐降低,而这些地区也容易损坏。

分裂的组件(如梁:椽,横梁,这有一个小的横截面,一直受到长期解理或弯曲变形,在古建筑更常见。横梁是一个成员,压缩和张拉。横梁是一个熊的受压构件通过的负载渐变拱门。椽作为环梁相交的耻辱,也是受一定的张力。在另一起案件中,由于长期压缩,沿着木颗粒破碎现象提升杨树的中间或结束,或斜裂缝发生,这表明横向谷物的抗压强度降低和损害发生。

3所示。实验

3.1。测试对象

中国古代建筑是超过7000年。它一直保持着一个独立的结构原理和已经被后代。这是一个重要的文化遗产保护中国文物。骄傲的宝藏,但经过多年的保存,经历了沧桑的古老的木质结构不同程度的被人类和自然的力量。例如,国内外著名的敦煌莫高窟内,是一个很好的代表。由于自然环境和工程地质的影响,以及近年来工业和旅游业的快速发展,环境污染已经造成了很多影响。本文比较了新旧结构的古建筑破坏各种古代建筑的结构,并使用各种方法寻找更精确的方法来预测古建筑的生活,和古代建筑有更好的预防和纠正。

3.2。设计和实现的实验

本文通过比较新旧材料实验,发现通过对比新老木的区别,并预测木材和建筑的生活通过时间的木材。通过不同的预测方法,它发现一个更精确的预测方法,利用人工智能使预测更精确和准确。本文还对古代建筑的各个部分进行实验比较,并通过比较发现不同部位的使用寿命的预测和研究古代建筑更具体的和准确的。希望本文的研究和调查可以促进中国古建筑的保护,让他们更好的保护。

4所示。讨论

4.1。抗压强度和抗弯强度的对比新老木头

实验数据的统计结果的抗压强度和抗弯强度新旧材料如图4。通过比较,可以发现,平均价值的旧材料的抗压强度和抗弯强度明显低于新材料,表明经过约350年的服务,古代木制部件的材料特性已经严重恶化。抗压指数的变异系数和老柴的抗弯强度明显低于新木,表明在组件的长期服务历史,木材在不同部位在不同的环境中,和材料强度退化的程度是不同的,以及影响因素。不确定性会导致增加测试的色散强度指数。

由于测试结果的大变化,为了保证分析结果的可靠性和安全性评价的木制成员的承载力,各项力学性能指标的木材需要根据一定的保证汇率转换。新旧材料的设计优势测试如表所示1。新材料和旧材料相比,残余强度的比率压缩新材料的设计强度和抗弯设计强度分别为60.42%和26.67%,分别。

4.2。木制的比较列和梁

木的使用寿命的统计指标列和梁如图5。列的相应的平均值和梁是370年和355年,分别和变异系数分别为22.97%和22.54%,分别。不确定性会导致更大的不确定性在木制成员的使用寿命。

表2给木列和梁的使用寿命可靠性指标是1.0,2.0,和3.0,分别。可以看出,预计使用寿命越长,组件的失效概率越高,其可靠性和降低的程度。

4.3。比较不同的预测方法

表3基于缺失数据的显示,请方法估计给出具有较高的预测精度。请模型的预测精度基于缺失数据估算较高,预测结果更接近原始数据的结果。从图可以看出6,根据实际的数据收集的预测方法,请古老的木制结构的估计价值基于缺失数据比其他算法更符合实际的生命值。它表明,请回归模型具有更好的预测效果比其他模型。

4.4。新老木材节点的承载力

如图7可以看出,新材料的承载力的变化和旧材料随角度的增加是相似的,但是旧的材质节点的承载力明显低于新材料的节点,和新材料的承载力显著降低。因此,准确地获取古木材的力学性能是非常重要的科学、合理的评估节点的承载性能。

5。结论

基于可用的数据,本文主要影响生活的古老的木质结构:木制结构的负载因素,环境因素和木材结构材料的特点。古老的木制结构的寿命预测方法进行了总结,根据数据特征提取和故障诊断方法是引入古代木建筑的寿命预测和异常检测。分析几种主要影响因素的生活古老的木质结构,并给出了系统可靠性理论的概述和古老的木制结构的剩余寿命预测方法。中国古代建筑是中国文化的一个重要组成部分。它不仅集成了建筑功能、文学和艺术,和有深刻的内容。它在森林里灿烂的世界架构,具有重要的艺术、历史、科学价值。结构可靠性理论和剩余使用寿命的基本知识。与此同时,常用的可靠性计算方法和现有结构的剩余使用寿命的方法进行了总结,为今后的研究奠定了理论基础。这是一个重要的责任我们科研人员学习从古代建筑的良好机械性能和将它们应用到现代建筑中。本文使用人工智能预测建筑的生命,这是更有效的预测,这意味着复杂的非线性关系。

本文研究的主要因素,影响古代木建筑的使用寿命,缺乏进一步的实验研究和分析,为古老的木质结构,传感器采集的数据以及其他非主要因素的影响不容忽视。评估不考虑非主因素。与此同时,数据样本中有局限性。部分数据可以反映出建筑的整体结构的一部分,不能充分反映实际结构的整体状态。结果有一定的局限性。火灾、地震、和人为的情况可能发生在实际环境中随机木质古建筑的服务。本文主要监控的长期使用,并且不考虑短期内瞬态条件,进一步的研究是必要的。由于大量的木制结构组件和所表现出的极端条件下每一个组件,每个组件的健康监测是不可能的。为了有效地监控状态的结构和确定组件的可靠性对整个结构可靠性的影响,这种方法也值得进一步研究。在有限元建模过程中,由于分析软件功能的限制,其中一些不是很准确的在选择元素属性和屈服准则,这对分析结果有一定程度的影响。 Due to the large number of bucket arches and tenons used in ancient wooden structures, and their mechanical properties are very complicated, they show different characteristics under different stress states. How to correctly simulate in the finite element model, how to correctly judge, and how to correctly reflect the real situation need further analysis. In the modified cumulative damage model, some parameters need to be measured by sampling and statistically calibrated. However, no such data is currently available, and experiments are urgently needed. In the evaluation of the cumulative damage model under the action of bending moment, due to the lack of data and theoretical analysis, it is assumed that the ultimate bending strength is unchanged, which is biased relative to the actual situation, and details need to be studied in detail. Therefore, in the cumulative damage assessment of wooden structures, more experimental research is needed to verify.

总之,本文介绍了故障诊断的方法到古老的木制结构的寿命预测和异常检测,并提供一个科学、有效、实时的长期维护和修理方法古老的木质结构。应用这些方法可以更科学地、准确地调整环境古老的木质结构,确定木制部件的修理或更换时间,更好的执行条件维护,延长古代木建筑的生活。通过实验,可以看出,新材料和旧材料的承载力随角度的增加类似,但旧材料的承载力关节明显低于新材料关节,而新材料的承载力显著降低。希望本文的研究可以更好地提供决策依据的条件维护古老的木质结构。

然而,上述研究获得的结论,但仍存在一些不足,需要注意在未来的研究。本文的研究方法需要进一步改进。各种研究方法的结合不强。我们将继续研究在未来改善木材结构的寿命预测模型。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突。

确认

这项工作是支持的关键技术研发项目中国河南省(222102320368)。