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雪灾是自然界常见的主要灾害之一,其影响范围波及建筑、交通、畜牧和能源等多种产业,给人类社会的生产生活带来了严重影响。近年来随着全球性气候变化加剧,极端低温冰雪灾害频繁发生,因积雪导致的建筑物、构筑物倒塌事故也随之不断增加,给人们造成了重大的生命和财产损失。通过国内外大量灾后调查发现,由于风雪运动导致的屋面上积雪不均匀分布,局部积雪荷载过大是导致建筑物因积雪倒塌的主要原因之一。风雪联合试验是风雪运动的主要研究方法之一,其具备还原度高、参数可控、可重复性强、可开展积雪分布机理性研究等优点,是目前进行风雪运动研究可靠度较高且较为可行的研究方法。但是,目前风雪联合试验方法仍处于初级探索阶段,无法满足研究需求。我国在建筑屋面雪荷载方面的研究较少,基础数据匮乏,因此开展建筑屋面积雪分布研究对建筑屋面抗雪设计与我国雪荷载规范修订意义重大。基于上述背景,本文以风雪联合试验方法为主要切入点,针对风雪联合试验系统、缩尺试验相似准则与典型建筑屋面积雪分布开展了系列研究,主要研究内容及成果如下:(1)研发了基于播撒降雪模式的户外大尺度风雪联合试验系统提出了基于降雪模式的风雪联合试验方法,利用哈尔滨地区冬季多雪、低温环境持续时间长等气候特点,首先研发了以存储自然雪与人造雪颗粒为试验颗粒,利用振动播撒降雪模式的户外大尺度风雪联合试验系统;并对试验系统的试验段风场、雪场等关键参数进行了标定;进而分别选取具有代表性的标准立方体模型、高低屋面与拱形屋面开展积雪分布试验研究,通过大量重复性试验,验证了本试验系统具有良好的可重复性;最后通过开展对标准立方体周围积雪分布实测的全过程还原试验,发现试验与实测结果吻合良好,从而验证了所研发的风雪联合试验系统满足试验研究的准确性与可靠性要求。(2)提出了基于降雪模式的风雪联合试验相似准则基于对天空降雪与地面吹雪物理过程差异的研究,提出了降雪模式下雪质量通量的计算方法,并给出了降雪速率的概念;总结了经典的风雪联合试验相似理论,并基于颗粒跃移轨迹相似、单位时间积雪堆积状态相似与积雪堆积形状相似,提出了基于降雪模式的风雪联合试验基本相似准则,并利用立方体周围积雪分布多维缩尺试验对其准确性进行了验证,进而提出了基于摩擦速度比下限值修正的弗劳德数相似参数,并通过立方体周围积雪分布多维缩尺试验,证明了修正的相似参数的准确性。此外,通过对立方体周围与高低屋面积雪分布实测原型的缩尺还原试验,以及与其他学者开展的预铺试验结果的对比,证明了本文所提出的基于降雪模式的风雪联合试验方法与相似准则的先进性与准确性,最后通过立方体周围与拱形屋面积雪分布的多尺度模型试验,确定了平面类与曲面类屋面的缩尺模型特征尺寸下限值。(3)研究了建筑物周围与典型平面类屋面积雪分布规律利用基于降雪模式的风雪联合试验方法,首先利用具有代表性的标准立方体模型,对其周围积雪分布规律开展系列试验研究,重点考察了风速与风向角对周围积雪分布规律的影响,分析了立方体周围积雪分布机理,得到了立方体周围积雪分布规律;进而研究了相邻两个立方体周围积雪分布特征,发现相邻两个立方体周围积雪分布可视为两个单一立方体周围积雪分布的空间叠加。针对双坡屋面、高低屋面、连续多跨双坡屋面与连续多跨单坡屋面4种典型平面类屋面,开展了系统的参数化试验研究,明确了风速、风向与屋面形状参数等因素影响,探究了不同形式屋面积雪分布规律与形成机理,得到了各种典型平面类屋面积雪分布的特征形式,并结合实地观测与数值模拟结果,为建筑屋面抗雪设计与我国现行荷载规范修订提供了参考建议。(4)研究了曲面类屋面积雪分布规律针对拱形屋面、单曲下凹屋面、连续多跨拱形屋面与球形屋面4种典型曲面类屋面,利用基于降雪模式的风雪联合试验方法,开展了系统的参数化试验研究,明确了风速与屋面形状参数等因素影响,分析了不同形式屋面积雪分布规律与形成机理,得到了各种典型曲面类屋面积雪分布的特征形式,并结合实地观测与数值模拟结果,为建筑屋面抗雪设计与我国现行荷载规范修订提供了基础性数据依据。以河南省某发电厂的大跨度M型煤仓为例,开展了大跨度建筑屋面雪荷载分布试验研究,考察了12个不同风向角下屋面积雪分布特征,并提出了以各主导风向占比加权叠加的屋面累积雪荷载分布系数计算方法,得到了各屋面分区累积雪荷载分布系数,为大跨度建筑工程抗雪设计提供了依据。