建筑屋面雪的热力学过程及风吹雪过程的耦合作用研究
批准号:
52078380
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
周晅毅
依托单位:
学科分类:
工程防灾
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周晅毅
中文摘要
建筑屋面的积雪暴露在复杂的自然环境中,受到热力学过程和风吹雪过程的影响,雪荷载大小及分布形式将发生一系列变化。为了精细化模拟屋面雪荷载,本项目将结合数值模拟、风洞试验和现场实测三种手段,研究屋面积雪在热力学过程和风吹雪过程的耦合作用下随时间的演变。在数值模拟中,选择合适的关联方法将屋面融雪模型与风吹雪模型进行耦合,利用耦合模型模拟屋面积雪在自然环境作用下的变化。开展风雪两相的风洞试验,探索热力学过程造成的积雪性质及积雪分布的改变对风吹雪过程的影响。在已经建好的东北哈尔滨实测基地,利用自然降雪和大比例尺建筑模型,探究两个物理过程对积雪的影响;通过设置对照试验,量化耦合作用,并验证数值模拟和风洞试验结果。依据本项目的研究成果,提出屋面雪荷载的简化计算方法,方便结构工程师使用。
英文摘要
Snow on building roofs is affected by the coupling effects of thermodynamic process and snowdrift process. The distribution of snow load will experience great changes for the exposure to environment. Thus, the project intends to refine the simulation of snow load on roof surfaces, using numerical simulation, wind tunnel test and field observation. In the numerical simulation, through a reasonable method, the roof snowmelt model is coupled to a snowdrift model to constitute a coupled model and then the evolution of the snow load in natural environment could be simulated by the coupled model. The two-phase wind tunnel test is performed to investigate the effects of the thermodynamic process on the snowdrift process. The field observation, which can validate the results of numerical simulation and wind tunnel test, is carried out in our built outdoor base. The outdoor base is located in frequency snowfall northeastern region, Harbin. Natural falling snow particle and large-scale roof models are adopted to explore the effects of roof heat transfer on the snow loads. The influence of the coupling factors can be quantified through controlled trials. Finally, based on the research results of this project, a practical method, which can calculate the snow loads, is proposed for the convenient application in structural engineering.
暴露在复杂的自然环境中建筑屋面的积雪,热力学过程和风吹雪过程对其雪荷载大小及分布形式有较大的影响。为了细致地模拟屋面风致雪荷载重分布,本项目通过数值模拟、风洞试验并结合现场实测,研究屋面积雪在热力学过程和风吹雪过程的耦合作用下随时间的演变。主要工作包括:(1)数值模拟方法。使用多层融雪模型模拟了屋面雪荷载和雪荷载热系数样本,研究了代表性地区的气候条件、积雪特征与雪荷载热系数的关系,拟合了不同区域的热系数关于室内温度和屋面传热系数的公式。提出了一种由融雪模型和风吹雪模型两个子模型耦合而成的耦合模型,并利用其来模拟屋顶上的积雪分布。(2)风洞试验。使用不同性质的沙颗粒,模拟双坡屋盖两侧屋面因接受外部热量不同而导致雪颗粒物理性质的改变,测量了多组来流风速下不同屋盖坡度的积雪深度分布形式。(3)现场实测。在哈尔滨地区搭建大比例尺的屋盖模型,在不同的自然环境下研究了屋面的积雪分布规律。(4)构造适合工程应用的雪荷载计算方法-基于改进FAE方法。通过考虑积雪传输发展过程对FAE方法进行了改进,同时在此过程中分别考虑了积雪的跃移和悬移传输。为了比较采用了不同积雪传输率、积雪传输发展规律和饱和传输距离组合的改进FAE方法模拟结果,使用替代颗粒在边界层风洞中进行了双坡屋面的风吹雪试验,并通过与风洞试验结果比较得到了可以相对合理地重现风洞试验中双坡屋面雪飘移现象的组合。
降雪条件下屋面风吹雪模拟及屋面风致雪荷载重分布的概率模型研究
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批准号:51778492
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2017
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负责人:周晅毅
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依托单位:
考虑风吹雪迁移效应的建筑屋面滑落雪荷载模拟方法研究
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批准号:51478359
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2014
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负责人:周晅毅
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依托单位:
风雪作用下大跨度屋盖表面雪压分布模拟及结构风雪荷载效应的研究
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批准号:51278368
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:周晅毅
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依托单位:
风致大跨屋盖表面积雪的漂移堆积效应模拟方法
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批准号:50608060
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2006
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负责人:周晅毅
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依托单位:
国内基金
海外基金