基于分形特性的开口拱形结构风致积雪漂移风洞试验研究

摘要

风作用下雪粒会发生漂移、沉积现象，进而对结构周边区域产生不利影响。对于相邻开口结构，结构四周风致积雪分布规律较为复杂且无规范可循。因此，分别以单独和相邻开口拱形屋面结构为研究对象，进行了风致积雪分布风洞试验研究，探讨了洞口方位对单独拱形结构表面及周边积雪分布的影响，结构间距和相对角度对两模型间积雪分布规律的影响。以风洞试验数据为依据，通过整体区域粒子的分形特性对比，定量分析了风致积雪漂移这种随机波动的外在紊乱运动。结果表明：洞口的存在极大程度地影响了拱形结构周边积雪分布情况。拱形屋面迎风边缘角部积雪完全侵蚀，产生马蹄状旋涡，结构背风侧积雪发生蠕移运动，呈波纹形式变化；当洞口位于侧立面时，结构周边的雪压分布较为有利；两模型间的风致积雪漂移运动并不是单独模型风雪作用的简单叠加，两开口模型间距越小，模型间积雪沉积越严重；两模型洞口角度为30°时，结构稳定性最为不利。通过粒子覆盖区域的分形特性分析得出，洞口方位比相对角度会更大程度影响结构周边积雪分布形态；洞口位于侧立面时中轴线、纵向轴线的积雪粗糙程度最小；相对角度为60°时，粒子粗糙度最大，但其局部最大雪深系数要低于30°，因此设计中应避免上述两种排列方式。

关键词

开口拱形结构 / 积雪分布 / 风洞试验 / 雪深系数 / 分形维数

基金资助

安徽省高等学校自然科学研究重点项目（KJ2020A0366）; 安徽省自然科学基金青年项目（1708085QE121）; 安徽工程大学引进人才科研启动基金项目（2021YQQ065）;安徽工程大学校级科研重点项目（Xjky2022169）