[發明專利]一種面向華南地區橋梁的全氣候熱分析方法

有效

• 申請號: 201811331599.1
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109614649B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 周林仁;陳蘭;梁春芳;伍勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發明公開了一種面向華南地區橋梁的全氣候熱分析方法，包括：(1)自行選擇橋梁熱分析的天數；(2)自行選擇計算當天橋梁熱分析的計算步長；(3)通過調用建立的光照度?太陽直接輻射修正系數模型、光照度?太陽散輻射修正系數模型、云層覆蓋率?太陽直接輻射修正系數模型以及云層覆蓋率?太陽散輻射修正系數模型，確定華南地區橋梁全氣候的環境輻射量；(4)確定各種天氣情況下橋梁各表面的熱邊界條件計算方法，確定不同天氣情況下計算方法的觸發及轉換機制；(5)通過采用編程計算及數據交互實現橋梁全氣候溫度分析的連續數值計算。本發明能夠覆蓋各種氣候情況，為實現橋梁結構溫度效應全氣候、實時、長期的分析提供基礎。

技術領域

本發明涉及土木工程橋梁結構健康監測領域，尤其涉及一種面向華南地區橋梁的全氣候熱分析方法。

背景技術

橋梁是重要的基礎設施，長期超負荷運載和惡劣的服役環境使得橋梁結構病害嚴重，事故頻發。溫度是對橋梁不利作用的主要環境因素之一，會使得橋梁結構性能退化，承載力下降，安全性得不到保障，耦合其他外部荷載作用，容易誘發重大垮塌事故。

華南地區全年氣溫較高，太陽輻射強度大，夏秋季節更是炎熱。因此，溫度對橋梁的不利作用，比其它地區更為嚴重。橋梁熱效應分析涉及到眾多環境和氣象參數，這些參數具有很強的時變性和地區性特點，且帶有比較強的不確定性，因此，一般基于長期監測數據進行統計回歸。目前，大量研究聚焦于溫度極端情況，而對日常使用階段全氣候的實時、連續分析，幾乎沒有研究。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種面向華南地區橋梁的全氣候熱分析方法。本發明基于長期監測數據，用于橋梁溫度分析的外部條件新的計算方法，能夠覆蓋各種氣候情況，為實現橋梁結構溫度效應全氣候、實時、長期的分析提供基礎。

本發明的目的能夠通過以下技術方案實現：

(1)采集太陽輻射量及其他相關的氣象參數；

(2)根據計算需求選擇橋梁熱分析的天數以及所需計算的其中某一天橋梁熱分析的計算步長；

(3)通過調用建立的光照度-太陽直接輻射修正系數模型、光照度-太陽散輻射修正系數模型、云層覆蓋率-太陽直接輻射修正系數模型以及云層覆蓋率-太陽散輻射修正系數模型，確定華南地區橋梁全氣候的環境輻射量；

(4)確定各種天氣情況下橋梁各表面的熱邊界條件計算方法，確定不同天氣情況下計算方法的觸發及轉換機制；

(5)通過采用編程計算及數據交互實現橋梁全氣候溫度分析的連續數值計算。

具體地，在所述步驟(1)中，通過采用高精度氣象采集系統，以一定的時間間隔來實時采集太陽輻射量以及其他的氣象參數。

同時在監測場地放置一個廣角攝像機，以一定的時間間隔對天空進行定時定點拍攝，將照片灰度值作為一項重要的參數以辨別云層遮擋情況。

更進一步地，所述其他氣象參數包括風速與風向、環境溫度、濕度與光照度、云層覆蓋率等。其中云層覆蓋率可以由監測站點附近機場的監測資料提供。

進一步地，所述步驟(5)包括：

(1)通過編程方式計算熱邊界條件并保持數據；其中，橋梁初始溫度可近似取計算初始時間點的大氣溫度；

(2)在采用編程方式的計算過程中調用并進行數據交互；

(3)在數據交互過程中讀取步驟(1)計算得到的熱邊界條件并施加給瞬態熱分析模型進行計算，得到結構的溫度場并保存溫度計算結果；

(4)在編程計算中讀入步驟(3)計算得到的結構溫度并計算下一計算步的熱邊界條件；

(5)重復步驟(2)～(4)，實現橋梁全氣候溫度分析的連續數值計算。