本文關(guān)鍵詞：龍卷風(fēng)作用方位對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載影響研究

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【摘要】：不同于常規(guī)風(fēng),龍卷風(fēng)是一種高速旋轉(zhuǎn)的小尺度系統(tǒng),其破壞力極強(qiáng)。由于龍卷風(fēng)發(fā)生的概率較低,目前在我國(guó),一般的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)尚未包含抗龍卷風(fēng)的設(shè)計(jì)要求。但對(duì)損壞后果特別嚴(yán)重的設(shè)施(如核電站)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),則必須考慮龍卷風(fēng)的影響,以保證其有足夠的抵抗力。龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速與風(fēng)壓分布極不均勻,存在著很大的速度梯度與壓力梯度,因此結(jié)構(gòu)相對(duì)風(fēng)場(chǎng)的方位對(duì)其所受的龍卷風(fēng)荷載有很大的影響。本文采用CFD數(shù)值模擬技術(shù),研究結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓與其所處風(fēng)場(chǎng)位置以及受龍卷風(fēng)不同作用方位角的關(guān)系�？紤]龍卷風(fēng)荷載的這兩種影響因素,對(duì)研究結(jié)構(gòu)所承受的最不利工況是十分必要的,也為重大工程結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)建立龍卷風(fēng)的數(shù)值模型,并嘗試建立起一種開(kāi)放式龍卷風(fēng)試驗(yàn)裝置。結(jié)果顯示,數(shù)值模擬風(fēng)場(chǎng)的切向速度與蘭金渦流模型吻合地很好,而測(cè)得的試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分布在渦核內(nèi)與數(shù)值模擬結(jié)果及實(shí)際龍卷風(fēng)觀測(cè)值有一定差別,渦核外結(jié)果則接近一致,說(shuō)明了龍卷風(fēng)的試驗(yàn)工作有一定的可行性。最后,探討了數(shù)值龍卷風(fēng)控制參數(shù)的影響。結(jié)果表明,隨著渦流比的增加,風(fēng)場(chǎng)最大切向速度逐漸減小,對(duì)應(yīng)的核心半徑則逐漸增大。同一個(gè)渦流比下,核心半徑隨高度的增加而增大,符合龍卷風(fēng)漏斗型的分布,反映了數(shù)值模擬的可靠性。此外,較低的雷諾數(shù)則難以形成很好的渦旋結(jié)構(gòu)�；邶埦盹L(fēng)數(shù)值模型,探討了龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)作用方位變化對(duì)兩種屋面坡度(0°、300)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載的影響。首先,將結(jié)構(gòu)以不同的方位角置于風(fēng)場(chǎng)不同的徑向位置處,給出了不同工況下結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的分布特征以及表面最不利風(fēng)壓和平均風(fēng)壓隨方位變化的規(guī)律,得到了結(jié)構(gòu)的最不利工況。其次,闡述了坡度變化對(duì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載的影響,表明坡度的存在使得屋面的風(fēng)壓分布變得更不均勻,而四周立面的風(fēng)壓分布趨勢(shì)變化不大。最后,對(duì)比了兩種屋面的最不利風(fēng)壓和平均風(fēng)壓的差值�；诟鞴r的數(shù)值模擬結(jié)果,探究了考慮方位效應(yīng)的兩種結(jié)構(gòu)的屋面龍卷風(fēng)風(fēng)載體型系數(shù)的分區(qū)方法。在屋面的縱橫中心線上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn),總體上把握風(fēng)壓分布的趨勢(shì)。依據(jù)相關(guān)分區(qū)原則以及屋面風(fēng)壓的較大波動(dòng)點(diǎn)確定分區(qū)劃分的尺寸,通過(guò)計(jì)算得到了四種方位角下各分區(qū)的風(fēng)載體型系數(shù)表。并根據(jù)對(duì)稱性,給出各方位角下屋面的分區(qū)體型系數(shù)。結(jié)果顯示同尺度的雙坡屋面的分區(qū)體型系數(shù)在數(shù)值上要比平屋面大。最后,根據(jù)龍卷風(fēng)移動(dòng)路徑的不確定性,綜合各方位角的取值情況,給出了兩種屋面的分區(qū)體型系數(shù)的建議值,可為工程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】：龍卷風(fēng) CFD數(shù)值模擬 作用方位 風(fēng)壓系數(shù) 風(fēng)載體形系數(shù) 屋面分區(qū)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU312.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.2 龍卷風(fēng)荷載研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究12-13
• 1.2.2 理論分析研究13-14
• 1.2.3 試驗(yàn)?zāi)M研究14-16
• 1.2.4 數(shù)值模擬研究16-18
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀18
• 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 參考文獻(xiàn)19-22
• 第二章 龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型22-46
• 2.1 引言22
• 2.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基本理論22-26
• 2.2.1 控制方程22-24
• 2.2.2 湍流模型24-26
• 2.2.3 控制方程的離散與求解26
• 2.3 數(shù)值模型建立26-29
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)建模26-27
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分27-29
• 2.3.3 邊界條件設(shè)置29
• 2.4 龍卷風(fēng)數(shù)值風(fēng)場(chǎng)分析29-31
• 2.4.1 龍卷風(fēng)Rankine渦模型29-30
• 2.4.2 數(shù)值風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分布特性30-31
• 2.4.3 數(shù)值風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)壓分布特性31
• 2.5 龍卷風(fēng)數(shù)值風(fēng)場(chǎng)的試驗(yàn)驗(yàn)證31-35
• 2.5.1 龍卷風(fēng)裝置設(shè)計(jì)32-33
• 2.5.2 送風(fēng)管小孔送風(fēng)風(fēng)速影響33
• 2.5.3 送風(fēng)管小孔送風(fēng)角度影響33-34
• 2.5.4 試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比34-35
• 2.6 數(shù)值龍卷風(fēng)控制參數(shù)影響35-40
• 2.6.1 渦流比36-38
• 2.6.2 雷諾數(shù)38-40
• 2.7 等效移動(dòng)速度對(duì)龍卷風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的影響40-42
• 2.8 本章小結(jié)42
• 參考文獻(xiàn)42-46
• 第三章 龍卷風(fēng)作用方位變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載影響的數(shù)值研究46-68
• 3.1 引言46
• 3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型選擇與布局46-47
• 3.3 龍卷風(fēng)作用方位變化對(duì)雙坡屋面結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響47-58
• 3.3.1 徑向位置變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響48-53
• 3.3.2 方位角變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響53-58
• 3.4 龍卷風(fēng)作用方位變化對(duì)平屋面結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響58-63
• 3.4.1 徑向位置變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響58-61
• 3.4.2 方位角變化對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響61-63
• 3.5 兩種結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載分布特性的比較63-65
• 3.5.1 坡度的存在對(duì)風(fēng)荷載分布的影響63-64
• 3.5.2 屋面最不利風(fēng)壓與平均風(fēng)壓的差值64-65
• 3.6 本章小結(jié)65-66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 第四章 考慮方位效應(yīng)的結(jié)構(gòu)屋面龍卷風(fēng)風(fēng)載體型系數(shù)研究68-80
• 4.1 引言68
• 4.2 風(fēng)壓系數(shù)和風(fēng)載體型系數(shù)68
• 4.3 屋面風(fēng)載體型系數(shù)分區(qū)68-77
• 4.3.1 分區(qū)方法探討68-73
• 4.3.2 分區(qū)計(jì)算73-76
• 4.3.3 分區(qū)建議值及龍卷風(fēng)風(fēng)壓荷載計(jì)算方法76-77
• 4.4 本章小結(jié)77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 第五章 結(jié)論與展望80-82
• 5.1 本文結(jié)論80-81
• 5.2 研究展望81-82
• 致謝82-84
• 作者簡(jiǎn)介84

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本文編號(hào)：567601