本文關(guān)鍵詞：多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性研究

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【摘要】：膜結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種新的建筑形式,廣泛的運(yùn)用于各種設(shè)施領(lǐng)域當(dāng)中。與傳統(tǒng)建筑材料不同,膜結(jié)構(gòu)使用的膜材重量輕,只有約傳統(tǒng)建筑物材料的三十分之一。質(zhì)量輕巧的膜結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu),風(fēng)荷載對其的影響具有舉足輕重的地位,因此在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,風(fēng)荷載屬于主要控制荷載。目前對于風(fēng)荷載的研究方法主要有數(shù)值模擬、現(xiàn)場實(shí)測和風(fēng)洞試驗(yàn)。三種方法各有利弊,研究時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況和現(xiàn)實(shí)條件選擇合適的方法。本文采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測兩種方式,對位于浙江工業(yè)大學(xué)朝暉校區(qū)新教樓下的多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。文章第一部分首先運(yùn)用四種湍流模型:標(biāo)準(zhǔn)k-?模型、RNG k-?模型、Realizable k-?模型和RSM模型,對某多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析計(jì)算,再對其進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測,得到了5s時(shí)距的平均風(fēng)速圖和6個(gè)測點(diǎn)上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù),然后將現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比,選擇一個(gè)與實(shí)測數(shù)據(jù)最接近的湍流模型,用這個(gè)湍流模型對多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)開展后續(xù)研究,為以后相關(guān)研究提供一點(diǎn)參考。研究發(fā)現(xiàn),(1)現(xiàn)場實(shí)測當(dāng)天平均風(fēng)速和瞬時(shí)風(fēng)速差距大,陣風(fēng)特性強(qiáng)。(2)膜結(jié)構(gòu)表面最高角點(diǎn)處上表面受負(fù)壓,下表面受正壓,整個(gè)角點(diǎn)受到風(fēng)對其向上的吸力,凈風(fēng)壓系數(shù)為-1.4;最低角點(diǎn)處則相反,受到向下的壓力,凈風(fēng)壓系數(shù)為0.8。(3)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果得出的膜面平均風(fēng)壓系數(shù)的變化趨勢基本一致,結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性。(4)四種湍流模型均能較好的表現(xiàn)出膜結(jié)構(gòu)表面所受風(fēng)壓的變化趨勢,四種湍流模型的變化趨勢也相差不多,僅在平均風(fēng)壓系數(shù)的數(shù)值上有細(xì)微差別。對比實(shí)測結(jié)果可以看出,RNG k-?模型的模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果最為接近。文章第二部分運(yùn)用RNG k-?模型對多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得到了在各種不同條件下多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù)圖、凈風(fēng)壓系數(shù)圖和整體膜結(jié)構(gòu)所處流場的速度矢量圖,以供給今后相關(guān)工程作為一定的參考依據(jù)。主要得出的結(jié)論有:(1)多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)表面受到的極值風(fēng)壓部位總是在其角點(diǎn)處,膜結(jié)構(gòu)表面中心處的平均風(fēng)壓系數(shù)的絕對值相對來說都較小。(2)多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)較高點(diǎn)的上表面總是受到負(fù)壓力,下表面總是受到正壓力,結(jié)構(gòu)較低點(diǎn)與較高點(diǎn)相反,上表面總是受到正壓力,下表面總是受到負(fù)壓力,即膜結(jié)構(gòu)的高點(diǎn)受到風(fēng)的吸力,低點(diǎn)受到風(fēng)的向下的壓力。(3)隨著膜面初始預(yù)應(yīng)力的改變,膜結(jié)構(gòu)表面的形狀也隨著改變,膜面初始預(yù)應(yīng)力不改變膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形式,對平均風(fēng)壓系數(shù)的數(shù)值大小影響也不大。(4)風(fēng)向角不同,膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形式不同。(5)矢跨比不改變膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形式,但是會改變其數(shù)值大小,矢跨比越大,平均風(fēng)壓系數(shù)相對越大。
【關(guān)鍵詞】：多跨鞍形膜結(jié)構(gòu) 風(fēng)荷載 數(shù)值模擬 現(xiàn)場實(shí)測
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU383;TU312.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景與意義12-15
• 1.1.1 膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展和現(xiàn)狀12-14
• 1.1.2 風(fēng)工程和結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)14
• 1.1.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)工程在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性14-15
• 1.2 研究方法15-16
• 1.2.1 現(xiàn)場實(shí)測15
• 1.2.2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)15-16
• 1.2.3 數(shù)值模擬16
• 1.3 結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布特性研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3.1 數(shù)值模擬方法研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 現(xiàn)場實(shí)測方法研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 CFD數(shù)值模擬技術(shù)及現(xiàn)場實(shí)測20-42
• 2.1 大氣邊界層風(fēng)特性20-26
• 2.1.1 大氣邊界層20-21
• 2.1.2 平均風(fēng)21-23
• 2.1.3 脈動風(fēng)23-25
• 2.1.4 基本風(fēng)速、基本風(fēng)壓和風(fēng)壓系數(shù)25-26
• 2.2 CFD數(shù)值模擬中關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置26-35
• 2.2.1 計(jì)算域設(shè)置26-27
• 2.2.2 網(wǎng)格生成技術(shù)27
• 2.2.3 湍流模型27-35
• 2.3 現(xiàn)場實(shí)測35-36
• 2.3.1 測量設(shè)備35-36
• 2.3.2 測點(diǎn)布置36
• 2.3.3 實(shí)測數(shù)據(jù)處理方法36
• 2.4 TTU標(biāo)準(zhǔn)模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬36-41
• 2.4.1 TTU標(biāo)準(zhǔn)模型簡介36-37
• 2.4.2 TTU標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)值模擬分析37-40
• 2.4.3 數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果對比40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第3章 某多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)景觀棚現(xiàn)場實(shí)測與數(shù)值模擬42-54
• 3.1 前言42
• 3.2 數(shù)值模擬42-47
• 3.2.1 建模方法42-43
• 3.2.2 計(jì)算參數(shù)設(shè)置43-45
• 3.2.3 模型參數(shù)45
• 3.2.4 數(shù)值模擬結(jié)果45-47
• 3.3 現(xiàn)場實(shí)測47-50
• 3.3.1 實(shí)測設(shè)備47-49
• 3.3.2 測點(diǎn)選擇與數(shù)據(jù)提取49-50
• 3.4 實(shí)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比50-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第4章 多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載數(shù)值模擬54-68
• 4.1 前言54
• 4.2 計(jì)算模型的建立54-55
• 4.2.1 計(jì)算參數(shù)設(shè)置54
• 4.2.2 模型參數(shù)54-55
• 4.3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析55-66
• 4.3.1 膜面初始預(yù)應(yīng)力55-58
• 4.3.2 風(fēng)向角58-63
• 4.3.3 矢跨比63-66
• 4.4 本章小結(jié)66-68
• 第5章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 主要結(jié)論68
• 5.2 展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間所取得的科研成果76-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：752546