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《智能制造技术及应用——推进智能工厂建设助力制造业转型升级》讲座听课笔记

一、引言2017年6月24日下午,我到无锡市开放大学参加自主选学课程班。本次讲座的主讲人是张泉灵研究员,主题是如何对石油化工企业开展自动化改造。主讲人依托浙江浙大中控技术有限公司(supcon),广泛参与国内石油化工企业的自动化、智能化升级改造,制定了技术标准、开发了特定系统,取得了经济效益。。



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蛟龙号的研制与运用讲座笔记

2017年5月18日,我参观了中船重工第七〇二研究所。参观主要分为三个部分:一、参观研究所介绍展;二、听研究所团委书记介绍团建工作;三、由沈高工介绍蛟龙号深海探测器。
蛟龙号深海探测器是该所的骄傲。沈高工从如下几个方面介绍了这项成就:
一、开展深海探测的意义
蓝色圈地运动和深海矿产、油气、生物资源开发
根据《联合国海洋条约》,各国均分配到深海区域可供开发。但各国需采取实质行动予以探测、开发,向国际海底管理局提交勘探工作计划,否则开采等相关权利过期逐步灭失。为此各国都加紧开展深海探测行动,主张自身对于某片海域的权利。
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刘希拉教授主讲的《21世纪的工程人才》简要笔记

##导言
我收听了刘希拉教授在2010年~2011年期间于上海交通大学所做的系列讲座《21世纪的工程人才》。我只收听了这套讲座的1到5集。而第6集的内容是道德品质,持论甚高,我无可置喙。所以下面的内容是我对前5讲内容的听后感。

##当今土木工程前沿
刘希拉教授的这套系列讲座可以被称为当今土木工程领域前沿(这个当今指的是2010年到2011年期间)。虽然是面向土木工程本科低年级学生的入门课程,但它和普通的《土木工程概论》课程是大不相同的。
以哈尔滨工业大学的《从燧人氏到鸟巢——土木工程概论》为对比。哈工大的这套课程由沈士钊院士领衔,从土木工程材料、钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构、地下结构、桥梁结构等各个方面都做了概述。这套课程几乎将本科阶段的土木工程主干课程都包涵到了。
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郭正兴教授讲授《高大模板支撑系统安全技术》

  • 引言
  •   我现在在一家建筑工程安全监督站做派遣工,担任文书写作和大型机械设备台帐管理工作。11月下旬参加了江苏省建筑管理局组织的全省新晋安全监督员培训,有幸聆听了东南大学郭正兴教授讲授的《高大模板支撑系统安全技术》。郭教授着重讲了他主编的《混凝土结构工程施工规范》和即将实施的《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2011),以及作为一名建筑工程安监人员,在日常工作中、如何对高大模板支撑架的搭设情况进行检查。我在此写一点听课笔记,希望对各位读者有帮助。...



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蒋恒强应聘MS Techno过程小记

  我于七月四日得知MS Techno正在招聘结构工程师,便发送简历给招聘人员李女士。李女士发给我一份土-结构相互作用的规范附录要求我解释。我解释完之后,七月六日得到面试机会、七月七日下午三点在北京参加面试。为总结经验教训、特撰文如下。



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王铁宏先生在土木工程学院的讲演

    五月十四日,建设部办公厅主任王铁宏先生在土木工程学院做《在基本建设领域转变经济发展方式的研究》的报告。该报告沿用他在2010年在清华大学建筑企业总裁班上的讲稿。众所周知,这种EMBA课程是异常昂贵的。特此记录如下,以飨读者。  



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田村由纪夫先生在土木工程学院的讲演

  四月二十三日,日本东京工艺大学田村由纪夫教授应李惠教授邀请在土木工程学院报告厅做报告,报告分为两部分。东京地区四百米高楼考虑风荷载的结构选型研究和三月十一日日本东北地震震况简报。由于不知道这些研究成果和震害调查是否已经公开发表,为预防侵犯由纪夫先生的著作权,本文仅有报告提纲,无具体图表和研究结论。敬请各位读者谅解。



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动风荷载效应:研究新前沿

  四月二十二日,应李惠教授邀请,美国圣母大学Nathaz实验室Ahsan  Kareem教授在土木工程学院做《动风荷载效应:研究新前沿》的学术报告。报告分为两部分,风工程研究和风工程学术共同体建设。简要列表如下:



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基于随机地震作用的结构评估与设计

2011年4月1日,吕大刚教授应李惠教授邀请,在结构健康监测与控制实验室做地震工程可靠度研究现状报告。

吕教授首先梳理基于性能的抗震设计发展。他列举了美国自FEMA 373 、ATC-58规程之后,Pushover 方法和能力谱方法运用于建筑物在地震作用下的位移响应评定。而最终安全情况是绘制各级地震峰值加速度下的失效概率的离散点连线,判断结构在不同地震作用下是否安全。接着考虑地震作用和结构情况的不确定性,以峰值加速度为基本变量,讨论结构安全的条件概率,以层间位移和失效条件概率为轴绘制图形。在此基础上,PEER研究中心【1】提出了建立地震作用模型、结构损伤模型和损失模型【2】三步的结构安全评定原则。

接着吕教授将基于性能的抗震设计与评估分为如下内容,分别讲述:

  1. 结构易损性分析

           结构易损性是在地震烈度为某级别时,荷载需求大于结构能力的条件概率,表达式如下:

    April2nd1st

    方程1 .结构易损性概率指标

    其基本图形如下图所示,”Better”、”Worse”是就损伤发生中位值对应的地震烈度较小、因而比较经济而言的:

    April2nd1st
    图1 结构易损性概率累计分布示意图

    在ATC-13规程中,依据专家经验,建立了破坏概率矩阵,将结构地震作用后按照功能分为五个阶段,矩阵中元素计算方法为:

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    方程2.结构破坏概率矩阵元素计算

    易损性指数的得出方法有经验易损性、试验易损性和数值模拟易损性。

  2. 地震危险性分析

    场地危险性分析以及如何从场地的危险性过渡到结构的危险性。

    在损失危险性中,主要介绍了两个软件HAZUS-MH Process 和MAEViz。

  3. 结构损伤和倒塌的估计

    局部损伤模型,在Opensees 的Mehanny损伤模型的基础上加以改进。

    两种不同倒塌模式的区分与分别提出方法。

    1. 侧增量倒塌
    2. 竖向连续倒塌

      提出了Push Down的方法,分析倒塌过程中塑性铰的发展过程。 此外有评价倒塌安全性的指标:

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    方程3.倒塌安全性评价指标

    主要的倒塌模型建立依赖于 IDA(Incremental Dynamic Analysis) 。

  4. 结构在地震作用下鲁棒性分析

    鲁棒性的定义:

    提高结构鲁棒性的做法有如下几种:

    • 事件控制法
    • 间接控制法
    • 直接设计法:特殊局部抗力法
  5. 基于风险评估的全寿命设计
  6. 基于力的抗震设计的再认识

    我国现行抗震规范讲究三阶段两水准,将小震作用下的地震作用换算成力,加入到结构设计荷载中,落实到构件的破坏荷载设计中。形成了构件的弹塑性设计和结构的弹性设计这种不对应的局面,示意图如下:

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    图2.小震设计存在的问题

    吕教授准备申请一自然科学基金面上项目,对现有规范的折算水平进行认识。



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手机用于地震损伤评估设想

  1. 问题提出

强烈地震作用后,建筑物能否正常使用或者作为避难所是救灾亟需解决的问题。如果结构安装健康监测系统,各楼层的加速度时程有明确记录,则通过结构自振频率和时程曲线,判断层间位移角之类的指标,能够对结构状态进行评估。但是健康监测系统从提出到使用仅三十余年,而且主要运用在大型桥梁、极重要建筑物(鸟巢、水立方之类)和示范性工程中。而面大量广的办公楼、高层住宅都没有安装。而正是这部分建筑,是城市防震减灾的重点。没有合理、有效的评估手段、人员不能在建筑中居住,只能露宿街头、徒增苦楚。而广播电视台、电话通信机房大楼等组织救灾的关键部门无法正常使用,对救灾不利。

现阶段建筑物的损伤快速评估依赖于经验丰富的结构工程师和常规损伤检测方法。由结构工程师领衔,进行震害调查,如果发现典型的震害现象。如填充墙出现斜交裂纹、楼梯断裂、混凝土柱端头破坏、再依据经验判断结构整体状况。讲究细致的工作携带混凝土强度仪、全站仪等,对柱脚等关键部位进行检测,判断混凝土强度;进行测量,观察整体变形。这种做法的缺点是主观任意性大。比如在汶川地震后、同是国内赫赫有名的专家对同一街区房屋进行鉴定、贴出的表征损伤情况的红、黄、绿标签完全不同。而且具有危险性。如果发生较强余震、专家的人身安全受到威胁。

提高施工质量、安装健康监测系统、对设计和施工过程进行全程BIM管理、建立城市防灾数据库,是防震减灾工作必需做的工作。但是第一没有经费,花费巨大而没有产出;第二让各家开发商上缴真实图纸(自然是抽完钢筋、降低标号之后的)极难实现;第三是没有科学价值和技术突破,不能发表SCI论文,也无法申请专利,计算绩效。人人都知道要做的事最难做。本文认为可以利用广泛普及的手机作为传感器,地震发生时,记录携带者加速度时程、数据处理后、推算结构各部位加速度时程,将数据汇总后,根据结构振动情况推算刚度矩阵和塑性变形。从而判定结构损伤状况。

  1. 现有技术条件

  • 传感器

现有手机功能强大、做工精致。随着智能手机的使用率大大提高,许多款都具有了加速度测量功能。随手一晃即可更换应用、当游戏手柄玩赛车游戏、测量使用者行走距离、这些功能都表明手机能够测量加速度。那么测量三向加速度就不困难。测量精度提高,有大量的 MEMS无线传感器专美于前,而且更好的加速度传感器一定能便于应用开发者设计出更多软件,手机制造商乐于实现。而手机固定,许多厂商都开发了防滑落技术,能够将手机固定在使用者身上,定位在地面就没有问题。

  • 信号传递

加速度时程延时两分钟、采样频率500Hz左右,数据量为十余K,3G网络传输可以胜任。虽然地震对台网、基站有很大的破坏作用,但基站的抗震等级比建筑高、而且信号传输到基站即可,不需进一步传输数据。保证加速度时程传递到基站是可以做到的。

  • 数据处理

将建设管理部门收集的结构图纸做成简易Sap模型、存储以备用;根据加速度时程曲线,推算结构损伤状况,研究成果丰富、子空间迭代之类质量高而又可靠的算法多,推算结构损伤状况理论成熟。

  1. 实施过程

    初步设想的实施步骤如图1所示:

手机用于地震对建筑物损伤评估流程图

图1 手机用于地震对建筑物损伤评估流程图

 

  1. 需要解决的技术问题
  • 信号调校

手机品种繁多、型号复杂,作为传感器使用,如何保证它们的频响函数一致?手机所接受的加速度信号如何分解到三向?使用者会把手机安放在地上吗?

  • 从手机加速度到结构节点加速度

手机直接获得的加速度不是我们所关心的结构关键部位加速度,以如下办公楼写字间为例:

办公室内人员分布示意

             图 2 办公楼写字间柱位置和人员(传感器)固定位置

橘红色所标出的是柱的位置,人型表述避难时,人待的位置,极为重要的比如西北角会议室的情况毫无信息、东南角主管办公室的又知之甚少。如何能够通过算法,确定各柱端加速度时程?

  • 损伤识别和结构评估

完整知道结构在动力作用下的响应、在实验室中需要位移计、加速度计以及须臾不可缺的应变片,仅凭借这些加速度信号如何可靠确定结构响应?

  1. 结语

本文提出了利用手机进行建筑物结构快速评估的设想、结合现有技术条件提出了实施步骤,询问需要解决的问题和发展的技术。希望对读者有所启发。日本东北地震的抗灾经验表明,信息对于救灾具有重大的意义。从手机地震预警表明,利用现代通信网络降低灾害导致的损失有极大益处。虽然这些不能取代扎实的建筑质量对人的庇护、但对于降低灾民痛苦是有帮助的。



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