【摘要】：大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)外形美觀且內(nèi)部空間寬闊,隨著輕質(zhì)高強(qiáng)新型建筑材料的開(kāi)發(fā)和利用使得大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)向輕量化、長(zhǎng)大化和復(fù)雜化等方向發(fā)展。由于結(jié)構(gòu)自身柔度大、剛度小、阻尼比小、自振頻率較低等特點(diǎn),導(dǎo)致大跨度屋蓋表面在高雷諾數(shù)且湍流特征明顯的復(fù)雜繞流中承受的風(fēng)壓分布及湍流脈動(dòng)已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)安全性的主要考慮因素。通過(guò)傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)可以在建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)大跨度屋蓋表面所受的風(fēng)荷載大小以及分布形式進(jìn)行一個(gè)預(yù)估,但需要消耗大量的人力物力,而隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展,利用數(shù)值方法預(yù)測(cè)建筑物所受的風(fēng)荷載已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。本文依托大渦模擬方法(LES)并與計(jì)算風(fēng)工程(CWE)相結(jié)合,對(duì)平屋蓋、球面屋蓋、鞍形屋蓋及懸挑屋蓋的風(fēng)荷載分布以及繞流形式進(jìn)行研究,主要完成以下工作。網(wǎng)格剖分方面:利用商業(yè)軟件ICEM CFD對(duì)四種大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分,具體有如下幾個(gè)方面:采用“O”型剖分中的外“O”塊邊界層劃分方法實(shí)現(xiàn)對(duì)球面屋蓋的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分;采用“塊坍塌”以及“Y”型剖分相結(jié)合對(duì)鞍形屋蓋進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并實(shí)現(xiàn)三種不同的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分方式;采用“Y”型剖分對(duì)懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,以實(shí)現(xiàn)對(duì)三角形懸挑部分網(wǎng)格的精細(xì)刻畫(huà)。模擬自然風(fēng)場(chǎng)方面:為接近自然風(fēng)場(chǎng)的湍流來(lái)流條件,通過(guò)商業(yè)軟件FLUENT的用戶(hù)自定義命令(UDF)模塊對(duì)入口邊界湍流來(lái)流的速度、湍動(dòng)能和湍流耗散率進(jìn)行了程序編寫(xiě)。對(duì)四種大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載數(shù)值研究方面:(1)分析了大跨度平屋蓋周?chē)乃俣仁噶�、屋蓋表面的風(fēng)壓分布以及渦核心區(qū)的流線(xiàn)形式,并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了本文大渦模擬方法在大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載研究中的可行性。(2)選用杭州國(guó)際會(huì)議中心作為球面屋蓋模型,通過(guò)計(jì)算結(jié)果表明除了背風(fēng)面,其余各面的風(fēng)壓分布較為均勻,球面屋蓋的尾流處的繞流形式比較復(fù)雜,特別是兩個(gè)較大的球形渦核心區(qū)會(huì)對(duì)周?chē)a(chǎn)生較大影響。(3)選用矢跨比相同的鞍形屋蓋作為計(jì)算模型分別在0度、45度、90度這三種不同風(fēng)向角下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知45度風(fēng)向角的繞流形式要比其他兩個(gè)風(fēng)向角的簡(jiǎn)單,在建設(shè)鞍形屋蓋時(shí)要注意建設(shè)地點(diǎn)的常年風(fēng)向。(4)選用閉口式和開(kāi)口式兩種典型的懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,并在最不利風(fēng)向角(0度)下進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知屋蓋上表面的風(fēng)壓分布以負(fù)壓為主,迎風(fēng)面的中部所受壓力最大,且壓力梯度變化最大,閉口形式的內(nèi)部所受最大風(fēng)壓區(qū)域面積要大于開(kāi)口形式且尾流處繞流面積稍大。
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU312.1
【圖文】：

剖面逡逑面是微氣象學(xué)研宄風(fēng)速變化的一種主要方法，早期的均勻地形的，由Ｃ．邋Ｈｅｉｌｍａｎ在１９１６年提出，后來(lái)根平均風(fēng)剖面分別采用對(duì)數(shù)律和指數(shù)率這兩種方法來(lái)表５］［６］：逡逑ｖ（ｚ＇）邋＝邋｜ｖ邋ｌｎ（—）ｋ邋２0逡逑面的指數(shù)率表達(dá)函數(shù)是由Ａ．Ｇ．ＤａＶｅｎｐ0ｒｔ［７］在對(duì)多次觀的不同場(chǎng)地下的風(fēng)剖面，其函數(shù)表達(dá)式如下：逡逑也（三ｒＶ＊邋ｚｂ逡逑表示標(biāo)準(zhǔn)參考高度，ｋ表示標(biāo)準(zhǔn)參考高度處的平均風(fēng)表示任一高度處的平均風(fēng)速；ａ是地面粗糙程度指數(shù)。逡逑剖面的指數(shù)率比對(duì)數(shù)律的計(jì)算更加簡(jiǎn)便，兩者的計(jì)算結(jié)

分為三部分，第一部分從矩形頂部繞過(guò)，第二部分在矩形迎風(fēng)面的中下部形成回逡逑流區(qū)，第三部分從建筑物兩側(cè)繞過(guò)，并且在兩側(cè)形成回流，當(dāng)來(lái)流繞過(guò)矩形鈍體逡逑時(shí)則在背風(fēng)面形成一片最大的回流區(qū)，如圖１－３所示。逡逑圖１－３矩形建筑物繞流圖逡逑平均風(fēng)壓系數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱值，如下式所示：逡逑（0ｉ逡逑（卜３）逡逑式中／＾是第〖點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)；ｑ是第〖點(diǎn)的凈風(fēng)壓力，為遠(yuǎn)前方與測(cè)點(diǎn)逡逑的風(fēng)壓差；ｖ是表示的參考高度處（１０ｍ）的平均風(fēng)速；ｐ為空氣質(zhì)量密度。逡逑１．３．２作用于結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)風(fēng)荷載逡逑風(fēng)的隨機(jī)性和零均值性引起了風(fēng)的脈動(dòng)，描述脈動(dòng)風(fēng)速一般從湍流度剖面、逡逑脈動(dòng)風(fēng)速譜和脈動(dòng)風(fēng)的空間相關(guān)性這三個(gè)方面入手。湍流度是度量氣流速度脈動(dòng)逡逑程度的一種標(biāo)準(zhǔn)，通常用脈動(dòng)速度均方和與時(shí)均速度之比來(lái)表示，湍流度剖面在逡逑我國(guó)規(guī)范中還缺少這方面的相關(guān)參數(shù)，全球大部分國(guó)家都采用下式來(lái)表示ｈ逡逑／（ｚ）邋＝邋ｃ＜ｚ／１０）邐（１－４）逡逑分析脈動(dòng)風(fēng)的作用下結(jié)構(gòu)的風(fēng)致動(dòng)力，風(fēng)速譜是一個(gè)很重要的部分。由于逡逑Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ譜主要用來(lái)描述橫向風(fēng)向，其譜密度不隨高度而變化，目前常用逡逑Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ譜

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 王世興;趙濤;祁永斐;;基于UDF方法的穩(wěn)流器二維動(dòng)態(tài)與三維靜態(tài)數(shù)值模擬對(duì)比研究[J];節(jié)水灌溉;2015年08期

2 陳善群;廖斌;姜忠宇;;單山包和多山包繞流數(shù)值模擬研究[J];水利水電技術(shù);2011年12期

3 盧春玲;李秋勝;黃生洪;李正農(nóng);;大跨度屋蓋風(fēng)荷載的大渦模擬研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年10期

4 盧旦;李承銘;;上海世博會(huì)日本館風(fēng)荷載特性的數(shù)值模擬研究[J];建筑結(jié)構(gòu);2009年S1期

5 劉華坪;陳浮;馬波;;基于動(dòng)網(wǎng)格與UDF技術(shù)的閥門(mén)流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];汽輪機(jī)技術(shù);2008年02期

6 林斌;孫曉穎;武岳;沈世釗;;大慶石油學(xué)院體育館屋面風(fēng)荷載的風(fēng)洞試驗(yàn)及CFD數(shù)值模擬[J];沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年03期

7 沈世釗,武岳;大跨度張拉結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)研究進(jìn)展[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年05期

8 陸鋒,樓文娟,孫炳楠浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院;大跨度平屋面結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2001年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 朱翼舟;有限元模型修正技術(shù)在大跨度懸索橋主纜施工監(jiān)控中的應(yīng)用[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2012年

2 王婷婷;基于FLUENT的大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)LES模擬[D];北京交通大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2735678