【摘要】：龍卷風是大氣中最強烈的渦旋現(xiàn)象,具有影響范圍小、生消迅速、軌跡不定、破壞性極強等特點。由于其發(fā)生概率和區(qū)域相對較小,目前我國的《建筑結構荷載規(guī)范》中尚未包含普通結構的抗龍卷風設計標準。但是,對于某些破壞后果特別嚴重的設施,如核電站、火力發(fā)電廠等,在設計時需要考慮龍卷風荷載的影響,以保證其有足夠的抵抗力。核電常規(guī)島主廠房的圍護面板在龍卷風作用下會發(fā)生破壞。在這種情況下,風對結構的影響除外壓作用下,還需考慮內外壓的共同作用。多數(shù)圍護結構的破壞(例如屋蓋掀翻和墻面倒塌)都是由于內外壓共同作用引起,在極端環(huán)境條件(如龍卷風)下尤甚。合理估算結構所受的龍卷風荷載,得出開洞后結構各表面龍卷風荷載的分布特性,進行有針對性的加固措施,有助于提高核電廠等重要土建結構的抗龍卷風性能,減少惡劣環(huán)境條件下的經濟損失。首先,建立了龍卷風場的數(shù)值模型,并對數(shù)值模擬結果進行分析驗證。研究發(fā)現(xiàn):數(shù)值龍卷風場的切向風速以及氣壓降沿徑向的變化規(guī)律與二維Rankine渦理論模型吻合度較高,驗證了數(shù)值模擬結果的可靠性。隨后,分析了渦流比對龍卷風場結構及特征參數(shù)的影響。結果表明:隨著渦流比的增加,龍卷風場中心氣壓降絕對值及最大切向風速逐漸減小,對應核心半徑逐漸增大。低渦流比情況下,龍卷風切向風速及氣壓降的變化速率明顯高于高渦流比情況。當渦流比S=1.0時,龍卷風由單渦核結構轉化為多渦核結構,且風場結構趨于不穩(wěn)定。其次,基于龍卷風數(shù)值模型,揭示了核電常規(guī)島主廠房位于龍卷風核心半徑處時圍護結構的連續(xù)破壞機理。結果表明:結構位于龍卷風核心半徑處時,其屋面靠近迎風面邊緣處的負風壓最大,屋面最先發(fā)生掀翻破壞。此時結構內表面各點風壓值幾乎處處相等,具有較高一致性。由于內外壓共同作用,迎風面、背風面及近龍卷風側面依次發(fā)生破壞,遠龍卷風側面未發(fā)生破壞。其中迎風面破壞率最大,達到22.2%。最后,研究了開洞對結構表面龍卷風風壓分布特性的影響。將核電常規(guī)島主廠房置于龍卷風場的核心半徑處,改變開洞面積、開洞位置以及開洞數(shù)量,對相應工況下結構各表面風壓分布特性進行了分析,并與風致平均內壓理論公式結果進行對比。此外,對于復雜開洞結構,無法直接判斷氣流入口和出口位置,根據(jù)風致內壓理論估算公式計算結構平均內壓時需要進行繁瑣的試算工作。為此,將風致內壓理論估算公式與數(shù)值模擬技術相結合,為復雜開洞情況下的風致平均內壓估算提供了解決方案。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU312.1;TM623
【圖文】：

（a）龍卷風切向風速沿徑向位置變化曲線 （b）龍卷風徑向風速軸向變化曲線圖 1-1 龍卷風實測風速數(shù)據(jù)曲線Hoecher[6]通過研究 Dallas 龍卷風，對其中的碎屑粒子進行追蹤，給出了不同高度處，龍卷風切

愛荷華州立大學可

（a）試驗模型圖 （b）試驗原理圖圖 1-4 湯卓龍卷風發(fā)生裝置模型014 年，同濟大學的王錦[16]建立了新型龍卷風模擬器（TVS），該模擬器主要由頂部抽

【參考文獻】

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本文編號：2796752