【摘 要】
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隐框玻璃幕墙广泛应用在现代高层建筑中,尤其是人口稠密的中心商业区。由于部分隐框玻璃幕墙在役时间已经接近极限,近年来,全国多地发生了不同程度的高空玻璃坠落事件,对人民群众的生命财产安全造成严重威胁。隐框玻璃幕墙结构胶损伤失效是造成此类事故的重要原因,但是当前实际应用中的检测方法难以快速准确地筛查玻璃幕墙结构胶损伤缺陷,不能很好地适应隐框玻璃幕墙在役检测的需求,更缺少自动化检测装备。本文提出一种隐框玻
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目(2019B010154002);
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隐框玻璃幕墙广泛应用在现代高层建筑中,尤其是人口稠密的中心商业区。由于部分隐框玻璃幕墙在役时间已经接近极限,近年来,全国多地发生了不同程度的高空玻璃坠落事件,对人民群众的生命财产安全造成严重威胁。隐框玻璃幕墙结构胶损伤失效是造成此类事故的重要原因,但是当前实际应用中的检测方法难以快速准确地筛查玻璃幕墙结构胶损伤缺陷,不能很好地适应隐框玻璃幕墙在役检测的需求,更缺少自动化检测装备。本文提出一种隐框玻璃幕墙结构胶损伤激光-热波自动扫描检测方法,创新性地提出激光深层加热激励方法,通过延时重构技术和积分增强算法将扫描拍摄的热序列复原为等效面加热图像,通过提取边界确定缺陷位置和类型,同时制作了配套的自动化爬壁装置。本文提出的检测方法能够弥补现有检测方法的不足,能够实现自动化,具有一定的社会经济价值。论文主要工作如下:(1)根据隐框玻璃幕墙结构胶的常见损伤形式,分析脱粘、孔洞的传热特性和主动红外检测机理,由此提出隐框玻璃幕墙结构胶损伤激光-热波检测方法及其总体框架。建立隐框玻璃幕墙激光-热波检测仿真模型,结合实物实验建立了激光热源模型热波传导模型,确定了仿真的主要参数。通过有限元仿真方法分别对比表面加热和深层加热下,脱粘和孔洞两种损伤与无损伤区域的热特性,论证本文所述检测方法的可行性;通过仿真弥补实验无法获取隐框玻璃幕墙内部温度分布的问题,确定了在不烧损结构胶的前提下的扫描速度下限。(2)提出一种基于延时重构和积分增强的红外热序列预处理方法,可以充分利用扫描拍摄的热序列中各帧信息,将扫描激励扫描拍摄的热序列等效重构为均匀面加热,并采用非局部均值滤波去除噪声。提出隐框玻璃幕墙结构胶损伤判断与边界特征提取方法,首先根据直方包络线判断损伤存在的区间,通过一维加权梯度计算方法计算重构图速度方向梯度,并研究基于BFS自适应开运算的损伤边界提取方法。最后基于隐框玻璃幕墙损伤传热特性分析损伤区域信号,实现对损伤类型、尺寸、位置的识别。(3)针对本文提出的检测方法,设计了一种隐框玻璃幕墙结构胶损伤检测爬壁装置,该装置采用涵道风扇背推吸附方案,绳索辅助牵引,在稳定吸附的同时对被测区域不会产生热干扰;采用四组麦克纳姆轮驱动底盘移动,可以实现连续平稳地全向移动,能够搭载激光器和热像仪。设计了该装置的电控系统,可以实现遥控控制并实时传输检测热序列。对该装置底盘部分进行了运动学分析,设计了一种串级PID控制器,能够精确控制爬壁装置的移动速度和移动方向。(4)基于本文设计的爬壁装置,搭建隐框玻璃幕墙结构胶损伤激光自动扫描检测实验平台及隐框玻璃幕墙试样。通过分析不同脱粘和孔洞两类损伤的玻璃表面温度变化规律,确定检测平台两个重要参数——最佳扫描速度和最佳采样时间。最后验证自动扫描爬壁装置的运行效果和实验检测效果,结果表明,本文提出的隐框玻璃幕墙结构胶损伤激光-热波自动扫描检测方法能够有效区分损伤类型,损伤位置识别精度能够达到3mm,损伤程度检测误差在10%以内。
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