本文關鍵詞： 下?lián)舯┝?時空分布 風場特性 建筑結構風荷載 統(tǒng)計分析 實驗模擬　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：下?lián)舯┝魇前殡S雷暴發(fā)生的一種局部強對流天氣現(xiàn)象。獨特的風場結構和風剖面特征,使下?lián)舯┝鞯淖饔眯c大氣邊界層常態(tài)風差異顯著。作為極端風荷載,下?lián)舯┝鲗旊娋�塔、大跨空間與懸挑屋蓋等多種建筑結構造成了十分驚人的破壞,給社會帶來了嚴重的人員傷亡和巨大的財產損失。下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載已成為當今結構風工程領域的熱點問題之一,但下?lián)舯┝靼l(fā)生的空間隨機性強且區(qū)域性顯著、突發(fā)性和流動性強且持續(xù)時間短等多種客觀因素,制約著該研究方向的快速發(fā)展�；趯嶋H觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析下?lián)舯┝鞯臅r空分布,是了解其發(fā)生特性的重要方法和加速該研究進程的關鍵所在,亟待解決。此外,計算機技術的進步也把部分研究人員的精力吸引到了應用數(shù)值模擬探討下?lián)舯┝髯饔玫膬热萆先�。雖然計算流體動力學技術的發(fā)展已經趨于成熟,但由于下?lián)舯┝黠L場較為復雜,單純的數(shù)值仿真很難得到令人滿意的結果。相比而言,實驗模擬則是揭示下?lián)舯┝髯饔锰卣鞯母鼮樾兄行У耐緩�。最�?以常態(tài)風為主要研究對象的現(xiàn)行建筑結構抗風設計理論顯然不適用于下?lián)舯┝?建筑結構在下?lián)舯┝髯饔孟碌娘L荷載計算方法等方面還有很多工作需要完成。針對以上提出的問題,本文首先統(tǒng)計分析了我國大陸地區(qū)下?lián)舯┝靼l(fā)生的時間和空間分布特性,然后實驗模擬了考慮地表粗糙度的下?lián)舯┝黠L場,并在此實驗平臺上觀測得到了棱柱型建筑結構和開敞式屋蓋結構的下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載,進一步研究了下?lián)舯┝靼l(fā)生距離和發(fā)生方位角對風壓分布的影響,最后提出了基于風荷載特征系數(shù)的下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖY構風荷載的計算方法。本文主要研究內容包括以下幾個方面:(1)以大連地區(qū)四座氣象基站的觀測數(shù)據(jù)為例,分析了下?lián)舯┝靼l(fā)生的時間分布特性。根據(jù)我國182座數(shù)據(jù)可公開的地面國際交換站的資料,計算并繪制了下?lián)舯┝髂臧l(fā)生天數(shù)和年初終時段的空間分布。依據(jù)年發(fā)生天數(shù)累年平均值提出了我國下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖY構抗風設計的分區(qū)方法,并根據(jù)我國707座氣象基站1971年~2000年的觀測資料,統(tǒng)計得到了各分區(qū)的下?lián)舯┝髂臧l(fā)生天數(shù)平均值、年初終時段平均值、發(fā)生頻率和發(fā)生周期。(2)基于壁面射流理論并考慮地表粗糙度,實驗模擬了下?lián)舯┝黠L場,觀測了B類地貌條件下的風場徑向斷面風速分布,分別繪制了水平風速和豎向風速的徑向剖面和豎向剖面,對水平風速的近地風場進行了細部描述,并得到了下?lián)舯┝黠L場腳部的渦漩區(qū)位置。依據(jù)下?lián)舯┝黠L場的風速剖面并結合風場流線圖,提出將下?lián)舯┝黠L場分為內部核心區(qū)域、中部發(fā)展區(qū)域和外部外圍區(qū)域等三個分區(qū)。(3)選擇實際工程常用的棱柱型作為模型外形,根據(jù)下?lián)舯┝黠L場的影響高度確定模型高度,在實驗平臺上對三座不同高度的棱柱型建筑結構模型進行了下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載模擬。通過改變模型在風場中的位置和轉角,實現(xiàn)了觀測下?lián)舯┝髟诓煌l(fā)生距離或方位角時表面風壓分布的變化,獲取了最大風效應和平均風壓系數(shù),進而得到了建筑結構在移動型下?lián)舯┝黠L場中某些瞬態(tài)位置的風致荷載效應。(4)選擇受下?lián)舯┝髯饔米蠲黠@的開敞式屋蓋結構作為建筑模型進行了下?lián)舯┝黠L致荷載效應的實驗模擬。獲得了模型上下表面的風壓分布,并進一步計算得到了整體屋蓋結構所承受的下?lián)舯┝黠L荷載�？紤]模型在下?lián)舯┝黠L場中的不同位置和轉角,分析了在不同下?lián)舯┝靼l(fā)生距離和發(fā)生方位角時,開敞式屋蓋結構上下表面和整體屋蓋結構下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載的變化情況。(5)通過數(shù)據(jù)擬合分析,建立了考慮地貌條件、沿高度變化的下?lián)舯┝魉斤L速近似符合高斯函數(shù)的經驗模型,據(jù)此推導并計算了下?lián)舯┝黠L場的水平風壓高度變化系數(shù)�；诂F(xiàn)行建筑結構荷載規(guī)范中關于結構風荷載的計算思路,考慮風場特殊性引入了風荷載特征系數(shù),建立了下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖ锼胶拓Q向風荷載的計算方法。根據(jù)實驗模擬的結果,計算得到了下?lián)舯┝黠L荷載的特征系數(shù),并給出了相應的建議值。通過實例分析證明了該方法的可行性。希望本文能夠為進一步研究下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖY構抗風設計方法添磚加瓦。
[Abstract]:Based on the observation data of four meteorological base stations in Dalian area , it is very difficult to obtain satisfactory results . ( 3 ) In this paper , the variation of wind load on the upper and lower surfaces of the open roof structure and the wind load under the structure of the whole roof is simulated by using the prism model commonly used in the actual engineering .

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU312.1
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本文編號：1446766