【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑学领域，具体为一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法。
技术介绍
1、寒区大跨度建筑屋面，如球壳、柱壳、鞍形屋面等，由于其具有自重轻、雪荷载占比大等特点，因此属于典型的雪荷载敏感结构。此外，特殊的屋面形式以及复杂的风场和环境热力作用均会导致该类屋面积雪易发生漂移、二次堆积以及滑落等现象，从而使得屋面局部地区的积雪厚度可达到平均降雪厚度的数倍，最终导致结构发生开裂或倒塌破坏。然而现有规范对于典型大跨度建筑屋面的雪荷载形式以及系数取值的规定较为笼统和粗略，且对于某些复杂形式的屋面并无法统一予以雪荷载取值建议，因此需经过特殊研究手段确定复杂形状大跨度屋面雪荷载分布系数。
2、现有的屋面雪荷载分布特征研究手段中，实地观测虽能获取最真实可靠的数据，但工作量大、周期长，易受环境条件制约；风洞试验能较为高效地揭示风雪运动内在规律，但建造周期长，耗资大，同时受限于相似准则的制约。
技术实现思路
1、本专利技术的技术问题在于现有规范对于典型大跨度建筑屋面的雪荷载形式以及系数取值的规定较为笼统和粗略，且对于某些复杂形式的屋面并无法统一予以雪荷载取值建议。
2、本专利技术提供的基础方案：一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，包括步骤：
3、s1：建立多相运输方程计算壁面摩擦速度和漂移雪浓度；
4、s2：将壁面摩擦速度和漂移雪浓度输入混合流模型运输方程中，得到最终沉积侵蚀速率；
5、s3：在雪颗粒运输方程中添加质量源项，通
6、进一步，所述s1中的多相运输方程包括：混合相连续方程、混合相动量方程、弥散相连续方程、相对速度方程。
7、进一步，所述混合相连续方程：
8、
9、式中，ρm为混合相密度，um为混合相速度，t为时间，为散度。
10、进一步，所述混合相动量方程：
11、
12、式中，τm为粘性应力，τtm为湍流应力，τdm为扩散应力，ρmg为气体混合密度；mm为由表面张力引起的混合相动量源。
13、进一步，所述弥散相连续方程：
14、
15、式中，αk为体积分数，ρk为混合相速率，γk为相间界面处的质量生成速率，umk为扩散速度。
16、进一步，所述相对速度方程：
17、
18、式中，ucp0为相对速度；ρc为连续相密度，ap为颗粒截面面积，vp为颗粒体积，ρp为混合相概率，cd为阻力系数,g为压强系数。
19、进一步，所述s2中，若仅存在单一弥散相p，则混合流模型运输方程为：
20、
21、
22、
23、
24、式中，τgm代表广义剪应力，αp代表弥散项体积分数，t代表温度，μtm代表剪切速度，cp为弥散相p的质量分数,km代表最大速度；
25、式2和式3中，相对(滑移)速度代替原有扩散速度，相对(滑移)速度可按下式计算：
26、
27、式中，颗粒被假定为球形；弥散相连续方程中的扩散系数定义为dmp＝(1-cp)dcp,在式2中，忽略ucp中的扩散组分，用ucp0取代ucp来计算扩散应力。
28、进一步，所述s3中，在雪颗粒运输方程中添加质量源项，当雪颗粒沉积时，质量源项为负，代表模拟过程中雪颗粒降落至壁面，空气中的雪体积分数降低；雪面发生侵蚀时，质量源项为正，代表壁面上的雪颗粒弹起，空气中雪相体积分数升高。
29、进一步，所述添加质量源项后的雪相体积分数运输方程如下：
30、
31、
32、
33、qdep＝φpwf
34、
35、式中，αs代表体积分数，dms代表混合相速度，uas代表固体颗粒摩擦速度，φtotal代表跃移层漂移雪浓度的总和，ρs代表变量参数，ss代表质量分数，hp代表跃移高度，φp代表组合参数，qero代表侵蚀通量，qdep代表沉积通量；通过积雪沉积/侵蚀模型添加质量源项后，基于跃移层漂移雪浓度φ和wf为雪颗粒最终沉降速度，wf的雪相沉积通量可按上式雪相体积分数运输方程计算。
36、本专利技术的原理及优点在于：本方案基于基于cfd(computational fluiddynamics)技术的数值模拟，克服了实地观测中气象条件不可控和风洞试验中相似准则矛盾的难题前提下，运用其中非平衡过程的混合流模型(mixtre model)数值方法能够充分还原雪颗粒与空气之间的双向耦合作用，并考虑雪源在建筑屋面附近的非平衡动态变化过程，研究了不同分布特征下雪冰荷载对区大型建筑屋面的影响，对后续建立科学高效地融雪除冰技术，提高结构安全可靠度存在指导性意义。
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1.一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于,包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述S1中的多相运输方程包括：混合相连续方程、混合相动量方程、弥散相连续方程、相对速度方程。
3.根据权利要求2所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述混合相连续方程：
4.根据权利要求3所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述混合相动量方程：
5.根据权利要求4所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述弥散相连续方程：
6.根据权利要求5所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述相对速度方程：
7.根据权利要求6所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述S2中，若仅存在单一弥散相p，则混合流模型运输方程为：
8.根据权利要求7所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述S3中，在雪颗粒运输方程中添加质量源项，当雪颗粒沉
9.根据权利要求8所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述添加质量源项后的雪相体积分数运输方程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于,包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述s1中的多相运输方程包括：混合相连续方程、混合相动量方程、弥散相连续方程、相对速度方程。
3.根据权利要求2所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述混合相连续方程：
4.根据权利要求3所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述混合相动量方程：
5.根据权利要求4所述的一种大型建筑屋面雪冰荷载分布特征计算方法，其特征在于：所述弥散相连续方程：
6.根据权利要求5所述的一种大型建筑屋面雪...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘盟盟，詹进生，王晓丽，张新潮，周杰，
申请(专利权)人：中国建筑第八工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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