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申请/专利权人：海南大学

摘要：本发明公开了一种测定建筑物风沙流场和风沙荷载的现场实测系统及方法，装配式屋体活动安装于混凝土圆盘基础上，变坡屋顶活动连接于装配式屋体顶部，屋面集沙仪设置于变坡屋顶上，墙面集沙仪设置于装配式屋体上，压力传感器设置于装配式屋体和变坡屋顶上，测风塔位于装配式屋体周围，风速仪和风向仪分别设置于测风塔上；基于实测系统，建立沙颗粒冲击建筑物的力学模型，提出风沙作用影响因子的计算方法。本发明具有如下优点：现场实测模型具备全角度旋转、屋体层数装配灵活、屋顶坡度调节等功能；能适用于多种复杂环境下的现场实测研究；可应用于风沙地区建筑物和其他工程结构的抗风与抗风沙实测研究。

主权项：1.一种测定建筑物风沙流场和风沙荷载的现场实测系统，其特征在于，包括建筑物现场实测模型和安装在建筑物现场实测模型周围的测风结构；所述建筑物现场实测模型包括旋转底座；旋转底座自下向上依次安装有若干装配式屋体2，装配式屋体2顶部安装有变坡屋顶3；所述装配式屋体2为长方体状，变坡屋顶3为三菱柱状；装配式屋体2和变坡屋顶3的外表面均安装有若干压力传感器6，装配式屋体2和变坡屋顶3的外表面分别安装有若干墙面集沙仪5和屋面集沙仪4；变坡屋顶3包括相互铰接连接的迎风屋面31和背风屋面32；所述测风结构包括测风塔7；测风塔7自下向上依次安装有若干风速仪8、风向仪9；所述装配式屋体2包括迎风墙面23和背风墙面24；迎风墙面23和背风墙面24两侧通过侧风墙面25相连；相邻的装配式屋体2通过连接构件26相互连接；装配式屋体2底部安装有地板27，顶部开口；地板27上开有层间通道口271，层间通道口271处安装有人行爬梯28；所述测定建筑物风沙流场和风沙荷载的现场实测系统的现场实测分析方法步骤如下：步骤一、构建沙颗粒冲击工程结构的力学模型，设：一、风沙流中沙颗粒的运动速度Vs与风速Vw相同；二、风沙流中沙颗粒对工程结构的碰撞为弹性碰撞，反弹后的速度与撞击前的速度一致；三、作用于工程结构的沙颗粒冲击压力Ps和风致压力Pw同时存在；则建筑物迎风墙面的沙浓度： 式中：ρs表示沙浓度，单位为kgm3；ms表示集沙仪中沙颗粒的质量，单位为kg；As表示集沙仪的进沙口面积，单位为m2；t表示集沙仪的集沙时间，单位为s；Vs表示风沙流中沙颗粒的速度，Vw表示风沙流中风速，Vs≈Vw，单位为ms；α表示实测风向角，单位为°；根据动量定理，沙颗粒作用于迎风墙面的冲量：Is＝Fst＝2msVscosα2式中：Is表示沙颗粒的冲量，单位为N·s；Fs表示沙颗粒的冲击力，单位为N；将式1代入式2，得到沙颗粒作用于迎风墙面的冲击压：Ps＝2ρsVscosα2＝2ρsVwcosα23式中：Ps表示风沙流中沙颗粒作用于迎风墙面的冲击压，单位为Pa；风沙流中风作用于迎风墙面的风压：Pw＝Pt-Ps＝Pt-2ρsVscosα2＝Pt-2ρsVwcosα24式中：Pw表示风沙流中风作用于迎风墙面的风压，单位为Pa；Pt表示风沙作用的总压，由压力传感器获得，单位为Pa；依据风压系数定义，风沙流中风作用于迎风墙面的风压： 式中：ρa表示空气密度，单位为kgm3；Cw表示风沙作用下迎风墙面的风压系数；将式4代入式5，得到风沙作用下迎风墙面的风压系数： 风沙作用影响因子： 步骤二、通过测风塔7的多个不同高度处的风速仪8和风向仪9测量得到近地面风剖面，获取近地面风场特性；步骤三、在建筑物现场实测模型表面的集沙实测点的屋顶安装屋面集沙仪4，墙面安装墙面集沙仪5；在建筑物现场实测模型表面的风沙压力实测点安装压力传感器6；设置不同层高的建筑物现场实测模型，且不同建筑物现场实测模型上迎风屋面31和背风屋面32的张开角度不同；步骤四、现场实测时，旋转建筑物现场实测模型使得所有的建筑物现场实测模型的迎风墙面23正对风沙流场方向；获得各旋转建筑物现场实测模型上各层墙面集沙仪5的集沙量和屋面集沙仪4的集沙量以及各压力传感器6的压力数据，得到建筑物风沙荷载重点作用区域以及风沙荷载的分布特性和规律，同时得到迎风墙面23、背风墙面24、侧风墙面25、迎风屋面31和背风屋面32的风沙压力分布特性和规律；以迎风墙面23上压力传感器6测得的最大风沙作用的压力作为风沙作用的总压Pt，根据步骤一得到每个迎风墙面23在不同风力和沙浓度下的风沙作用影响因子IFws；步骤五、在进行建筑物的结构设计时，对传统设计中不同高度的风压进行修正，以净风作用的风压乘以风沙作用影响因子IFws作为实际风压，得到建筑物在风沙作用下的设计风荷载与外墙最低抗压强度；同时，结合各种工况下建筑物表面风沙荷载的分布特性和规律，得到建筑物结构设计时层高与屋顶坡度的最优组合。

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