一种土木工程结构太阳辐射温度效应分析方法及系统

摘要

本发明公开了一种土木工程结构太阳辐射温度效应分析方法及系统，该方法包括如下步骤：确定结构所在位置的地理经度和纬度，通过在结构上安装传感装置测量结构的环境空气温度和表面风速。采用本发明的结构太阳辐射模型计算确定作用于结构表面的直接辐射强度、散射强度和反射强度。依据结构表面的太阳辐射强度，建立动态温度边界条件，采用有限元方法求解结构的三维热传导方程即可确定土木工程结构表面及其内部任何一点的动态温度效应。本发明适用于各种不同类型土木工程结构在太阳辐射作用下的温度效应分析及评估，特别适用于具有较小几何尺的结构以及周边存在复杂遮蔽的结构的温度效应的分析评估。

主权项

一种土木工程结构太阳辐射温度效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过传感装置测量结构的环境空气温度和表面风速，所述环境空气温度和表面风速信息用于计算换热系数；2)根据结构所在位置的地理经度和纬度，计算结构所在位置一天中任何时刻的太阳高度角；然后采用结构太阳辐射模型计算确定作用于结构表面的太阳辐射强度，具体如下：2.1)设一天中的第i时刻，作用于土木结构的太阳辐射强度为：$I_i^m=s_i{I}_i,(t_1<i\le t_2)$其中，$s_i=\frac{{\pi }^{b-1}{t}_s^3{(6t_{k2}^2-{\pi }^2{\left(t-t_2+t_{k2}\right)}^2)}^b}{t_{k2}^3(6t_s^2-{\pi }^2{\left(t-t_1\right)}^2)},(t_m<i\le t_2)$其中：t_s为一天中结构表面承受太阳辐射的时间；t_k1为上午时间系数；t_k2为下午时间系数；t₁和t₂分别为日出太阳时刻和日落太阳时刻；t_m为结构表面受到最大强度的太阳辐射的时刻；t表示太阳辐射时刻；a和b为辐射模型的系数；2.2)确定作用于土木结构的太阳辐射强度I^civil：I^civil＝I^m·(1‑S_e0)S_e0为两种结果的太阳辐射强度误差：$S_{e0}=\frac{S_{\mathrm{Im}}-S_I}{S_I}$其中：S_I为采用传统太阳辐射模型所得的结构表面在一天中受到的太阳辐射强度总和；S_Im为基于修正的结构太阳辐射模型所得的结构表面在一天中受到的太阳辐射强度总和；$S_{\mathrm{Im}}=\underset{i=t_2}{\overset{t_1}{\Sigma }}{s}_i{I}_i;$其中：I_i为第i时刻土木结构表面所受到的总太阳辐射强度；s_i为第i时刻太阳辐射强度因子；t₁和t₂分别为日出太阳时和日没太阳时；3)根据结构的物理参数以及作用于结构的表面的直接辐射强度、散射强度和反射强度等信息，建立适用于结构温度效应分析的动态温度边界条件；4)根据已经建立的结构表面太阳辐射强度以及热边界条件，确定结构内任意位置的温度场分布及温度效应。