CN112179544A - 风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法 - Google Patents

风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法 Download PDF

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丁梦阳
胥蓓蕾
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Abstract

本发明实施例提供一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，所述方法包括：根据风雨天气的降雨量确定降雨强度；通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率；获取风雨天气中风力因素数据，通过风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度；通过雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力；获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算待检测建筑物的雨压。采用本方法能够提供了一种能够直接计算建筑物外表面雨压的方法，进而提供对风雨天气建筑物对风雨的抵抗力准确预测。

Description

风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法
技术领域
本发明涉及雨压分析技术领域，尤其涉及一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法。
背景技术
在天气恶劣的风雨天时，经常会出现一些因为风力过大、雨势过强而导致雨滴的压力太大，从而导致雨滴下落破坏一些建筑物的事件发生，所以，在这种情况下，对风雨天气的建筑物外表面雨压的计算是避免上述情况发生的必要手段。
近年来，对于雨压方向的研究在逐渐发展，但现有技术的方向主要集中于：统计结构物外表面雨滴分布、雨滴冲击力的计算，但是，上述研究并不能直接反应建筑物外表面受到不同雨强作用下的压力值，不能根本上的解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法。
本发明实施例提供一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，包括：
根据风雨天气的降雨量确定降雨强度；
通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过所述降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率；
获取所述风雨天气中风力因素数据，通过所述风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，所述雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度；
通过所述雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力；
获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过所述单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算所述待检测建筑物的雨压。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取所述风雨天气的单位时间降雨量以及对应的降雨等级表，根据所述单位时间降雨量以及对应的降雨等级表确定所述降雨强度。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
通过雨滴谱获取不同直径的雨滴的分布情况；
获取预设的计算公式，通过所述计算公式，结合所述雨滴的分布情况计算得到降雨的相对体积分数和质量流率。
在其中一个实施例中，所述风力因素数据包括：
初始标准风速、地势陡峭等级。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据所述初始标准风速和所述地势陡峭等级计算得到所述风雨天气的风力剖面图，所述风力剖面图用于表示在所述风雨天气不同高度下的风力。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
建立耦合风雨场模型，通过所述风力因素数据模拟风力对所述雨滴在下落过程中受到的风力影响因素；
通过相对体积分数和质量流率结合预设的平衡力方程计算雨滴下落过程中的雨滴平衡数据；
结合所述风力影响因素以及所述雨滴下落过程中的雨滴平衡数据计算得到雨滴下落数据。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
1）通过动量守恒定律可以得到：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
……（1）
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为碰撞时间，f（t）为单个雨滴的撞击力；v表示雨滴的速度矢量；Vs为雨滴撞击前的末速度，m为单个的雨滴质量 ；
2）根据式（1），雨滴在碰撞时间内对碰撞物的撞击力
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
……（2）
3）将预设的
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
代入式（2），得到所述雨滴撞击冲击力为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
……（3）
其中，ρ为雨滴密度；d为雨滴直径。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据所述待检测建筑物的雨压计算平均雨压，并获取所述风雨天气的风压系数；
通过所述平均雨压和风压系数计算所述风雨天气的风雨总压力系数。
本发明实施例提供的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，根据风雨天气的降雨量确定降雨强度；通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率；获取风雨天气中风力因素数据，通过风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度；通过雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力；获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算待检测建筑物的雨压，提供了一种能够直接计算建筑物外表面雨压的方法，进而提供对风雨天气建筑物对风雨的抵抗力准确预测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，包括：
步骤S101，根据风雨天气的降雨量确定降雨强度。
具体地，根据相关部门的气象数据可以得到风雨天气对应的降雨量，降雨量指雨水落在地面上积聚的深度，根据降雨量可以确定在下雨期间内的平均降雨量，即获取单位时间降雨量，根据单位时间降雨量和降雨等级表可以对风雨天气的降雨强度进行进一步的划分，其中，降雨等级表可以如表1所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表1
步骤S102，通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过所述降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率。
具体地，雨滴谱表示单位体积中雨滴的数量随雨滴大小的分布，预设的测量雨滴谱的方法可以为滤纸测定法，可以清楚的测出雨滴直径，并且能再试纸上统计出单位面积的雨滴粒径分布。通过雨滴谱和降雨强度可以进行后续计算，如下式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
上式中N0=8×103/m3/mm；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示斜率因子，可以用降雨强度I表示：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，D为雨滴直径（mm）；可以用
Figure DEST_PATH_IMAGE024
来表示直径在区间[d1,d2]的雨滴数量，并且，对于降雨中不同粒径雨滴的组成分布与雨强之间的关系如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Figure DEST_PATH_IMAGE030
上式中r为雨滴直径（mm）；F表示直径小于r的雨滴总体积站总体积的百分数；I是降雨强度（mm/h）；W是空气中单位体积下雨滴所占的重量，（mm3/m）；B1、B1、p、q、n为常数，根据降雨的强度取对应的值，根据降雨的强度取对应的值。通过上式可以算得雨滴计算模型中代表粒径控制范围内雨的相对体积分数和质量流率。
步骤S103，获取所述风雨天气中风力因素数据，通过所述风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，所述雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度。
具体地，根据相关部门的气象数据可以得到风雨天气中风力因素数据，可以包括初始标准风速和地势陡峭等级，初始标准风速可以为在预设高度上得风速，地势陡峭等级由低到高可以为海平面到高楼都市的等级，等级低时风速几乎不受地势影响，随着等级的升高，风速随着高度降低，受地势的影响越大，通过初始标准风速和地势陡峭等级可以计算得到风雨天气的风力剖面图，风力剖面图用于表示在所述风雨天气不同高度下的风力，在计算雨滴下落数据时，建立耦合风雨场模型，通过风力因素数据模拟风力对雨滴在下落过程中受到的风力影响因素；通过相对体积分数和质量流率结合预设的平衡力方程计算雨滴下落过程中的雨滴平衡数据；结合风力影响因素以及雨滴下落过程中的雨滴平衡数据计算得到雨滴下落数据，具体的计算方法可以比如：
1）对空气连续相求解的参数进行设置。连续相求解设置同足尺近地面大气边界层风场求解参数一致
2）使用离散相模型并设置为耦合求解，并在离散相模型中设置处理好的各雨滴粒径所对应的参数，包括雨滴直径、雨滴初始速度、质量流率，并且其中各粒径雨滴的初始速度取值与风场速度入口相同
3）考虑重力加速度，方向竖直向下，数值为9.8m/s。忽略雨滴撞到地面后的溅射，对所有边界类型为Wall的壁面，离散相边界均设为Trap（捕捉）模式。对于入口和出口处的离散相边界设置为Escape（逃逸）模式；
4）设置计算收敛监测点并进行计算；
5）计算收敛后，得到不同粒径的雨滴在风场中的运动轨迹，同时得到不同粒径雨滴撞击壁面的速度、质量流率以及撞击角度。
步骤S104，通过所述雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力。
具体地，通过上述得到的雨滴下落数据计算可以得到雨滴撞击冲击力，具体的步骤可以包括：
1）通过动量守恒定律可以得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
……（1）
其中，
Figure 189083DEST_PATH_IMAGE004
为碰撞时间，f（t）为单个雨滴的撞击力；v表示雨滴的速度矢量；Vs为雨滴撞击前的末速度，m为单个的雨滴质量 ；
2）根据式（1），雨滴在碰撞时间内对碰撞物的撞击力
Figure 309486DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
……（2）
3）将预设的
Figure 279104DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure 939892DEST_PATH_IMAGE012
代入式（2），得到雨滴撞击冲击力为：
Figure 426368DEST_PATH_IMAGE014
……（3）
其中，ρ为雨滴密度；d为雨滴直径。
步骤S105，获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过所述单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算所述待检测建筑物的雨压。
具体地，可以通过相应的雨滴检测装置获取建筑物表面获取建筑物在单位时间内接收到总降雨滴数，用单位雨滴量表示，通过下式计算可以得到待检测建筑物受到的雨压
Figure DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是单个雨滴的冲击力，N为单位雨滴量。
本发明实施例提供的一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，根据风雨天气的降雨量确定降雨强度；通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率；获取风雨天气中风力因素数据，通过风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度；通过雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力；获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算待检测建筑物的雨压，提供了一种能够直接计算建筑物外表面雨压的方法，进而提供对风雨天气建筑物对风雨的抵抗力准确预测。
在上述实施例的基础上，所述风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，还包括：
根据所述待检测建筑物的雨压计算平均雨压，并获取所述风雨天气的风压系数；
通过所述平均雨压和风压系数计算所述风雨天气的风雨总压力系数。
在本发明实施例中，在计算得到待检测建筑物的雨压后，通过待检测建筑物的接触面面积计算平均雨压，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
然后获取风雨天气的风压系数，风压系数可以为：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
上式中，p为该点平均压力，N/mm2；p0表示参考压力，N/mm2；ρ表示空气密度，kg/m3；V为参考速度，18m/s；
然后通过平均雨压和风压系数计算风雨天气的风雨总压力系数：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
Figure DEST_PATH_IMAGE044
本发明实施例在得到待检测建筑物的雨压后，还计算得到待检测建筑物的风雨总压力系数，方便对待检测建筑物在风雨天的抗压进行全方面的判断。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，包括：
根据风雨天气的降雨量确定降雨强度；
通过预设方法测量降雨过程中的雨滴谱，并通过所述降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率；
获取所述风雨天气中风力因素数据，通过所述风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，所述雨滴下落数据包括雨滴下落轨迹，雨滴下落撞击角度、雨滴下落撞击速度；
通过所述雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力；
获取待检测建筑物的单位雨滴量，通过所述单位雨滴量和所述雨滴撞击冲击力计算所述待检测建筑物的雨压。
2.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述根据风雨天气的降雨量确定降雨强度，包括：
获取所述风雨天气的单位时间降雨量以及对应的降雨等级表，根据所述单位时间降雨量以及对应的降雨等级表确定所述降雨强度。
3.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述通过所述降雨强度和雨滴谱计算降雨的相对体积分数和质量流率，包括：
通过雨滴谱获取不同直径的雨滴的分布情况；
获取预设的计算公式，通过所述计算公式，结合所述雨滴的分布情况计算得到降雨的相对体积分数和质量流率。
4.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述风力因素数据，包括：
初始标准风速、地势陡峭等级。
5.根据权利要求4所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述初始标准风速和所述地势陡峭等级计算得到所述风雨天气的风力剖面图，所述风力剖面图用于表示在所述风雨天气不同高度下的风力。
6.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述通过所述风力因素数据、相对体积分数和质量流率计算雨滴下落数据，包括：
建立耦合风雨场模型，通过所述风力因素数据模拟风力对所述雨滴在下落过程中受到的风力影响因素；
通过相对体积分数和质量流率结合预设的平衡力方程计算雨滴下落过程中的雨滴平衡数据；
结合所述风力影响因素以及所述雨滴下落过程中的雨滴平衡数据计算得到雨滴下落数据。
7.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，通过所述雨滴下落数据计算得到雨滴撞击冲击力，包括：
1）通过动量守恒定律可以得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
……（1）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为碰撞时间，f（t）为单个雨滴的撞击力；v表示雨滴的速度矢量；Vs为雨滴撞击前的末速度，m为单个的雨滴质量 ；
2）根据式（1），雨滴在碰撞时间内对碰撞物的撞击力
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
……（2）
3）将预设的
Figure DEST_PATH_IMAGE010
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE012
代入式（2），得到所述雨滴撞击冲击力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
……（3）
其中，ρ为雨滴密度；d为雨滴直径。
8.根据权利要求1所述的风雨天气对建筑物外表面雨压的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述待检测建筑物的雨压计算平均雨压，并获取所述风雨天气的风压系数；
通过所述平均雨压和风压系数计算所述风雨天气的风雨总压力系数。
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