本發(fā)明涉及冷卻塔防護
技術領域：
，尤其涉及一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法及裝置。
背景技術：
：大型雙曲線冷卻塔是內(nèi)陸電廠中最為普遍的換熱裝置，隨著國家政策和技術條件的提高，新型大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔成為電廠冷卻設備的主要選擇之一。在實際應用場景中，作用在冷卻塔結(jié)構(gòu)上的風荷載總是隨時空變化的，在對建筑結(jié)構(gòu)進行抗風設計時，常常需要關注局部風壓，研究人員和工程師們最關注的往往是風荷載的極值，用極值驗算結(jié)構(gòu)的安全性。大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔作為一種新穎的典型風敏感結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的雙曲線型鋼筋混凝土冷卻塔相比，沒有類似工程經(jīng)驗可以借鑒，設計參數(shù)選取不當可能會引起結(jié)構(gòu)的風災破壞。因此，對大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔進行表面極值風壓研究成為此類冷卻塔抗風設計亟待解決的問題。現(xiàn)有技術中對于大型冷卻塔風壓取值的規(guī)定均局限于傳統(tǒng)雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔平均風壓分布，將其作為大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風荷載設計的取值主要存在以下不足：鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔主要由內(nèi)部的格構(gòu)式鋼框架支撐和外表面的圍護層兩部分組成，其外部圍護層受外表面風吸力影響嚴重，現(xiàn)有技術中并未考慮大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔作為圍護結(jié)構(gòu)的陣風荷載效應。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法及裝置，能夠根據(jù)雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的實際構(gòu)造特點，確定出準確的風壓極值。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法，所述方法包括：根據(jù)預設的平均風壓系數(shù)的取值范圍，確定與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)，并根據(jù)所述擬合系數(shù)以及所述預設測點與正迎風面的夾角確定所述預設測點對應的體型系數(shù)；將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)；根據(jù)所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)和風壓高度變化系數(shù)；根據(jù)所述局部體型系數(shù)、陣風系數(shù)以及風壓高度變化系數(shù)，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值。進一步地，按照下述公式確定所述預設測點對應的體型系數(shù)：μsi=a0+Σi=17aicos(i×θ)]]>其中，μsi表示第i個測點對應的體型系數(shù)，a0和ai表示與第i個測點相關聯(lián)的擬合系數(shù)，θ表示第i個測點與正迎風面的夾角。進一步地，按照下述公式將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)：μsl＝1.25*μsi其中，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，μsi表示第i個測點的體型系數(shù)。進一步地，按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)：βgz=1+2gI10(zi10)-α]]>其中，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，g表示峰值因子，I10表示10米高度處的名義湍流度，Zi表示第i個測點所處的高度，α表示地貌粗糙度指數(shù)。進一步地，按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓高度變化系數(shù)：μz=1.000(zi10)0.30]]>其中，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，Zi表示第i個測點所處的高度。進一步地，按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值：wkmax＝μz*μsl*βgz*w0其中，wkmax表示第i個測點對應的風壓極值，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，w0表示當?shù)鼗撅L壓。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定裝置，所述裝置包括：體型系數(shù)確定單元，用于根據(jù)預設的平均風壓系數(shù)的取值范圍，確定與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)，并根據(jù)所述擬合系數(shù)以及所述預設測點與正迎風面的夾角確定所述預設測點對應的體型系數(shù)；局部體型系數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)；地貌參數(shù)確定單元，用于根據(jù)所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)和風壓高度變化系數(shù)；風壓極值確定單元，用于根據(jù)所述局部體型系數(shù)、陣風系數(shù)以及風壓高度變化系數(shù)，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值。進一步地，所述體型系數(shù)確定單元按照下述公式確定所述預設測點對應的體型系數(shù)：μsi=a0+Σi=17aicos(i×θ)]]>其中，μsi表示第i個測點對應的體型系數(shù)，a0和ai表示與第i個測點相關聯(lián)的擬合系數(shù)，θ表示第i個測點與正迎風面的夾角。進一步地，所述局部體型系數(shù)轉(zhuǎn)換單元按照下述公式將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)：μsl＝1.25*μsi其中，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，μsi表示第i個測點的體型系數(shù)。進一步地，所述風壓極值確定單元按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值：wkmax＝μz*μsl*βgz*w0其中，wkmax表示第i個測點對應的風壓極值，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，w0表示當?shù)鼗撅L壓。本發(fā)明提供的一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法及裝置，與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：1)采用該方法與風洞試驗相比有效節(jié)省試驗費用，且計算過程簡單易操作，適用性強；2)大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔主要由內(nèi)部的格構(gòu)式鋼框架支撐和外表面的圍護層兩部分組成，其外部圍護層受外表面風吸力影響嚴重，本發(fā)明方法首次提出了此類冷卻塔結(jié)構(gòu)需要按照圍護結(jié)構(gòu)考慮其極值風壓的取值問題；3)本發(fā)明的計算方法以完備的理論模型和取值依據(jù)為基礎，與實際情況相符，在實際工程中容易操作，可指導并優(yōu)化大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔抗風設計，對此類冷卻塔的工程安全性和施工造價具有決定性的意義。附圖說明圖1為本發(fā)明中一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法的流程圖；圖2為本發(fā)明中冷卻塔上預設高度處的各個測點的體型系數(shù)的分布示意圖；圖3為本發(fā)明中冷卻塔上預設高度處的各個測點的局部體型系數(shù)的分布示意圖；圖4為本發(fā)明中冷卻塔表面風壓極值的二維分布示意圖；圖5為本發(fā)明中一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定裝置的功能模塊圖。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結(jié)合本申請實施方式中的附圖，對本申請實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒旧暾堉械膶嵤┓绞剑绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都應當屬于本申請保護的范圍。圖1為本發(fā)明中一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法的流程圖。如圖1所示，所述方法可以包括以下步驟。步驟S1：根據(jù)預設的平均風壓系數(shù)的取值范圍，確定與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)，并根據(jù)所述擬合系數(shù)以及所述預設測點與正迎風面的夾角確定所述預設測點對應的體型系數(shù)。在本實施方式中，所述預設的平均風壓系數(shù)的取值范圍可以在《工業(yè)循環(huán)水冷卻設計規(guī)范》(GB/T50102-2014)中限定。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)水冷卻設計規(guī)范》中對雙曲線冷卻塔平均風壓系數(shù)的取值限定，再結(jié)合本實施方式中雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的實際地理位置，可以確定出如表1所示的與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)：表1與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)示意表a0a1a2a3a4a5a6a7-0.44260.24510.67520.53560.0615-0.13840.00140.0650在本實施方式中，在所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的表面可以分布預設數(shù)量的測點，這些測點的位置可以通過距離地面的高度以及在冷卻塔圓周上的環(huán)向角度來表示。所述環(huán)向角度的范圍在0度至360度之間。假設在雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面的某一圈上等間隔分布了10個測點，那么這10個測點分別對應的環(huán)向角度就可以為0°、36°、72°、…、324°。在本實施方式中，當確定出與所述預設測點相關的擬合系數(shù)之后，便可以根據(jù)所述擬合系數(shù)以及所述預設測點與正迎風面的夾角確定所述預設測點對應的體型系數(shù)。具體地，可以按照下述公式確定所述預設測點對應的體型系數(shù)：μsi=a0+Σi=17aicos(i×θ)]]>其中，μsi表示第i個測點對應的體型系數(shù)，a0和ai表示與第i個測點相關聯(lián)的擬合系數(shù)，θ表示第i個測點與正迎風面的夾角。本實施方式中，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面上預設高度處的各個測點對應的體型系數(shù)可以如圖2所示，從圖2中可以看出，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面上預設高度處的測點可以通過環(huán)向角度來表示。步驟S2：將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)。在本實施方式中，由于雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔屬于一種新型的圍護結(jié)構(gòu)，可以按圍護結(jié)構(gòu)定義將測點體型系數(shù)轉(zhuǎn)換成局部體型系數(shù)。具體地，可以按照下述公式將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)：μsl＝1.25*μsi其中，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，μsi表示第i個測點的體型系數(shù)。本實施方式中，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面上預設高度處的各個測點對應的局部體型系數(shù)可以如圖3所示，從圖3中可以看出，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面上預設高度處的各個測點可以通過環(huán)向角度來表示。步驟S3：根據(jù)所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)和風壓高度變化系數(shù)。在本實施方式中，在對所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面的風壓極值進行確定之前，需要根據(jù)所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)。具體地，按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)：βgz=1+2gI10(zi10)-α]]>其中，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，g表示峰值因子，I10表示10米高度處的名義湍流度，Zi表示第i個測點所處的高度，α表示地貌粗糙度指數(shù)。在本實施方式中，所述地貌條件可以被劃分為A、B、C、D四種。這四種地貌條件對應的截斷高度分別為5m，10m，15m和30m，對應的陣風系數(shù)分別不大于1.65，1.70，2.05和2.40。在本實施方式中，所述峰值因子可以取2.5，所述10米高度處的名義湍流度針對不同的地貌條件，也可以取不同的值。具體地，針對A、B、C、D這四種地貌條件，所述10米高度處的名義湍流度可以分別取0.12、0.14、0.23和0.39。在本實施方式中，與所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件相關的參數(shù)除了陣風系數(shù)之外，還包括風壓高度變化系數(shù)。不同的地貌條件對應的風壓高度變化系數(shù)也不同。具體地，A、B、C、D這四種地貌條件分別對應的風壓高度變化系數(shù)可以通過下組公式依次表示：μzA=1.284(zi10)0.24]]>μzB=1.000(zi10)0.30]]>μzC=0.544(zi10)0.44]]>μzD=0.262(zi10)0.60]]>其中，Zi表示第i個測點所處的高度，表示A、B、C、D這四種地貌條件分別對應的風壓高度變化系數(shù)。在本實施方式中，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔實際所處的地貌條件類型為B，因此可以按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓高度變化系數(shù)：μz=1.000(zi10)0.30]]>其中，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，Zi表示第i個測點所處的高度。步驟S4：根據(jù)所述局部體型系數(shù)、陣風系數(shù)以及風壓高度變化系數(shù)，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值。在得到所述局部體型系數(shù)、陣風系數(shù)以及風壓高度變化系數(shù)之后，便可以確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點對應的風壓極值。具體地，在本實施方式中可以按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值：wkmax＝μz*μsl*βgz*w0其中，wkmax表示第i個測點對應的風壓極值，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，w0表示當?shù)鼗撅L壓。在本實施方式中，對于所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上的各個測點均可以進行上述步驟S1至S4的處理，從而可以得到各個測點對應的風壓極值。請參閱圖4，圖4為本發(fā)明中冷卻塔表面風壓極值的二維分布示意圖。從圖4中可以看出，所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔表面的風壓極值可以與環(huán)向角度以及高度相對應，也就是與各個測點相對應。在得到所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔的風壓極值之后，便可以根據(jù)所述風壓極值，對所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔進行合理設計。具體地，本實施方式中可以給出所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔喉部高度處的風壓極值分布曲線，從而可以作為此類大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔抗風設計的參考。請參閱圖5，本發(fā)明還提供一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定裝置。如圖5所示，所述裝置包括：體型系數(shù)確定單元100，用于根據(jù)預設的平均風壓系數(shù)的取值范圍，確定與雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上預設測點相關的擬合系數(shù)，并根據(jù)所述擬合系數(shù)以及所述預設測點與正迎風面的夾角確定所述預設測點對應的體型系數(shù)；局部體型系數(shù)轉(zhuǎn)換單元200，用于將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)；地貌參數(shù)確定單元300，用于根據(jù)所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔所處的地貌條件，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的陣風系數(shù)和風壓高度變化系數(shù)；風壓極值確定單元400，用于根據(jù)所述局部體型系數(shù)、陣風系數(shù)以及風壓高度變化系數(shù)，確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值。在本申請一個優(yōu)選實施方式中，所述體型系數(shù)確定單元100可以按照下述公式確定所述預設測點對應的體型系數(shù)：μsi=a0+Σi=17aicos(i×θ)]]>其中，μsi表示第i個測點對應的體型系數(shù)，a0和ai表示與第i個測點相關聯(lián)的擬合系數(shù)，θ表示第i個測點與正迎風面的夾角。在本申請一個優(yōu)選實施方式中，所述局部體型系數(shù)轉(zhuǎn)換單元200可以按照下述公式將所述預設測點對應的體型系數(shù)轉(zhuǎn)換為局部體型系數(shù)：μsl＝1.25*μsi其中，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，μsi表示第i個測點的體型系數(shù)。在本申請一個優(yōu)選實施方式中，所述風壓極值確定單元400可以按照下述公式確定所述雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔上所述預設測點對應的風壓極值：wkmax＝μz*μsl*βgz*w0其中，wkmax表示第i個測點對應的風壓極值，μz表示第i個測點對應的風壓高度變化系數(shù)，μsl表示第i個測點對應的局部體型系數(shù)，βgz表示第i個測點對應的陣風系數(shù)，w0表示當?shù)鼗撅L壓。需要說明的是，上述各個功能模塊的具體實現(xiàn)方式以及計算公式均與步驟S1至S4中的描述一致，這里便不再贅述。本發(fā)明提供的一種雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔風壓極值的確定方法及裝置，與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：1)采用該方法與風洞試驗相比有效節(jié)省試驗費用，且計算過程簡單易操作，適用性強；2)大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔主要由內(nèi)部的格構(gòu)式鋼框架支撐和外表面的圍護層兩部分組成，其外部圍護層受外表面風吸力影響嚴重，本發(fā)明方法首次提出了此類冷卻塔結(jié)構(gòu)需要按照圍護結(jié)構(gòu)考慮其極值風壓的取值問題；3)本發(fā)明的計算方法以完備的理論模型和取值依據(jù)為基礎，與實際情況相符，在實際工程中容易操作，可指導并優(yōu)化大型雙曲線鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔抗風設計，對此類冷卻塔的工程安全性和施工造價具有決定性的意義。上面對本申請的各種實施方式的描述以描述的目的提供給本領域技術人員。其不旨在是窮舉的、或者不旨在將本發(fā)明限制于單個公開的實施方式。如上所述，本申請的各種替代和變化對于上述技術所屬領域技術人員而言將是顯而易見的。因此，雖然已經(jīng)具體討論了一些另選的實施方式，但是其它實施方式將是顯而易見的，或者本領域技術人員相對容易得出。本申請旨在包括在此已經(jīng)討論過的本發(fā)明的所有替代、修改、和變化，以及落在上述申請的精神和范圍內(nèi)的其它實施方式。本說明書中的各個實施方式均采用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式的不同之處。雖然通過實施方式描繪了本申請，本領域普通技術人員知道，本申請有許多變形和變化而不脫離本申請的精神，希望所附的權利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請的精神。當前第1頁1 2 3