【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)高強新型建筑材料的開發(fā)和利用使得大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)向輕量化、長大化和復(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,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)壓分布及湍流脈動已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)安全性的主要考慮因素。通過傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗可以在建筑設(shè)計階段對大跨度屋蓋表面所受的風(fēng)荷載大小以及分布形式進行一個預(yù)估,但需要消耗大量的人力物力,而隨著計算流體力學(xué)的發(fā)展,利用數(shù)值方法預(yù)測建筑物所受的風(fēng)荷載已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。本文依托大渦模擬方法(LES)并與計算風(fēng)工程(CWE)相結(jié)合,對平屋蓋、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對四種大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的模型進行了結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分,具體有如下幾個方面:采用“O”型剖分中的外“O”塊邊界層劃分方法實現(xiàn)對球面屋蓋的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分;采用“塊坍塌”以及“Y”型剖分相結(jié)合對鞍形屋蓋進行網(wǎng)格劃分,并實現(xiàn)三種不同的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分方式;采用“Y”型剖分對懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分,以實現(xiàn)對三角形懸挑部分網(wǎng)格的精細刻畫。模擬自然風(fēng)場方面:為接近自然風(fēng)場的湍流來流條件,通過商業(yè)軟件FLUENT的用戶自定義命令(UDF)模塊對入口邊界湍流來流的速度、湍動能和湍流耗散率進行了程序編寫。對四種大跨度屋蓋結(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圍的速度矢量、屋蓋表面的風(fēng)壓分布以及渦核心區(qū)的流線形式,并通過與實驗結(jié)果對比,驗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)選用杭州國際會議中心作為球面屋蓋模型,通過計算結(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,特別是兩個較大的球形渦核心區(qū)會對周圍產(chǎn)生較大影響。(3)選用矢跨比相同的鞍形屋蓋作為計算模型分別在0度、45度、90度這三種不同風(fēng)向角下進行數(shù)值計算,通過計算結(jié)果可知45度風(fēng)向角的繞流形式要比其他兩個風(fēng)向角的簡單,在建設(shè)鞍形屋蓋時要注意建設(shè)地點的常年風(fēng)向。(4)選用閉口式和開口式兩種典型的懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)作為研究對象,并在最不利風(fēng)向角(0度)下進行計算,通過計算結(jié)果可知屋蓋上表面的風(fēng)壓分布以負壓為主,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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，后來根平均風(fēng)剖面分別采用對數(shù)律和指數(shù)率這兩種方法來表５］［６］：逡逑ｖ（ｚ＇）邋＝邋｜ｖ邋ｌｎ（—）ｋ邋２0逡逑面的指數(shù)率表達函數(shù)是由Ａ．Ｇ．ＤａＶｅｎｐ0ｒｔ［７］在對多次觀的不同場地下的風(fēng)剖面，其函數(shù)表達式如下：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)率比對數(shù)律的計算更加簡便，兩者的計算結(jié)

分為三部分，第一部分從矩形頂部繞過，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，并且在兩側(cè)形成回流，當(dāng)來流繞過矩形鈍體逡逑時則在背風(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)是一個無量綱值，如下式所示：逡逑（0ｉ逡逑（卜３）逡逑式中／＾是第〖點的平均風(fēng)壓系數(shù)；ｑ是第〖點的凈風(fēng)壓力，為遠前方與測點逡逑的風(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)的脈動風(fēng)荷載逡逑風(fēng)的隨機性和零均值性引起了風(fēng)的脈動，描述脈動風(fēng)速一般從湍流度剖面、逡逑脈動風(fēng)速譜和脈動風(fēng)的空間相關(guān)性這三個方面入手。湍流度是度量氣流速度脈動逡逑程度的一種標(biāo)準(zhǔn)，通常用脈動速度均方和與時均速度之比來表示，湍流度剖面在逡逑我國規(guī)范中還缺少這方面的相關(guān)參數(shù)，全球大部分國家都采用下式來表示ｈ逡逑／（ｚ）邋＝邋ｃ＜ｚ／１０）邐（１－４）逡逑分析脈動風(fēng)的作用下結(jié)構(gòu)的風(fēng)致動力，風(fēng)速譜是一個很重要的部分。由于逡逑Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ譜主要用來描述橫向風(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】

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本文編號：2735678