多折面体型空间结构风荷载数值模拟研究

发布时间：2017-05-03 02:19

  本文关键词：多折面体型空间结构风荷载数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨度空间结构是最近几十年来发展最快的结构形式,多折面体型空间结构便是其中的一种,因其具有轻巧美观的建筑造型和广阔的无内柱空间,广泛应用于体育场馆、机场车站、会展中心等大型公共建筑中。然而此种结构形式对风荷载的作用特别敏感,其风荷载问题已成为结构设计的难点与计算风工程的热点。并且由于大跨度空间结构的体型越来越复杂,现行荷载规范少有此类体型供于参考,规范性指导结构的抗风设计就显得很缺乏。目前,理论方法计算结构的风荷载困难性很大,而现场实测手段和风洞模拟试验,可以得到较为准确的测试结果,但费时、费人力和物力,以及其适用性不强等,在实际工程中无法广泛应用。因此,有必要寻求新的解决方法研究结构的抗风设计。随着计算流体动力学中湍流模型的不断发展和完善,以及计算机技术的迅速发展,用数值模拟结构风荷载的技术已日渐成熟,故采用该方法研究多折面体型空间结构的风荷载对结构抗风设计具有重大现实意义。 本文利用计算软件CFX14.0作为计算平台,对多折面体型空间结构的风荷载进行模拟计算与分析,研究的主要内容有： 1.以TTU建筑原型试验作为简单方体结构的计算模型,选用不同的湍流模型及不同的风向角进行数值模拟,然后对计算结果进行比较分析,得到了结构表面的风压分布规律以及结构周围流场的绕流特性,验证数值模拟技术在建筑物风荷载方面的正确性与可靠性。 2.以西宁海湖新区体育场为多折面体型空间结构的计算实例,建立全比例尺结构模型,沿用前述算例的合理参数,选取了不同的湍流模型及风向角作为模拟的各项工况,对其结构周围的风荷载进行计算,对得到的模拟结果做出以下分析： (1)选取SSTk-ω剪切应力输运模型和BSL-RSM雷诺应力模型,在不同风向角来流作用下,分析了湍流模型对屋面风压分布的影响。 (2)对不同风向角来流的作用,分析了屋面的风压分布规律及结构周围流场的绕流特性。 (3)对模拟数据进行分析,计算了屋盖表面上的平均风压系数,给出最不利分区平均风压系数,为该类工程的结构抗风设计提供了参考。 通过以上的研究和分析,为多折面体型空间结构的抗风研究与设计提供了一定的参考,并对CFD数值模拟在风荷载研究中的应用做了一些总结和展望。
【关键词】：多折面体型 风荷载 数值模拟 湍流模型 平均风压系数 计算流域
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU312.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-13
• 1.1.1 课题背景10-13
• 1.1.2 课题意义13
• 1.2 风工程的研究方法13-15
• 1.2.1 现场实测13
• 1.2.2 风洞试验13-14
• 1.2.3 理论分析14
• 1.2.4 数值模拟14-15
• 1.3 风工程的研究现状15-16
• 1.3.1 国外研究15-16
• 1.3.2 国内研究16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 第2章 风荷载特性分析18-24
• 2.1 近地面风18-21
• 2.1.1 大气边界层18-19
• 2.1.2 平均风剖面19
• 2.1.3 脉动风特性19-21
• 2.2 特征湍流特性21-22
• 2.3 钝体绕流特性22-24
• 第3章 CFD数值模拟24-33
• 3.1 基本控制方程24-25
• 3.1.1 连续方程(质量守恒定律)24
• 3.1.2 运动方程(动量守恒定律)24-25
• 3.1.3 能量守恒方程(能量守恒定律)25
• 3.2 数值模拟方法25-28
• 3.2.1 直接数值模拟26
• 3.2.2 非直接数值模拟26-28
• 3.3 湍流模型28-30
• 3.3.1 涡粘模型28-29
• 3.3.2 雷诺应力方程模型29-30
• 3.4 近壁面的处理30
• 3.5 基于有限体积法的控制方程离散30-32
• 3.5.1 计算流域的离散31
• 3.5.2 方程的离散化31
• 3.5.3 离散化的格式31-32
• 3.6 流场的数值计算(SIMPLE算法)32
• 3.7 本文的计算平台——CFX32-33
• 第4章 简单方体结构风荷载的数值模拟33-46
• 4.1 TTU建筑原型试验风荷载数值模拟33-38
• 4.1.1 计算模型33-34
• 4.1.2 数值模拟方案34-35
• 4.1.3 计算流域的确定35-36
• 4.1.4 网格划分36-37
• 4.1.5 边界条件的设定37-38
• 4.1.6 求解器的设置38
• 4.2 计算结果及分析38-44
• 4.2.1 结果对比38-41
• 4.2.2 表面风压的分析41-44
• 4.2.3 建筑物周围流场的绕流特性44
• 4.3 本章小结44-46
• 第5章 多折面体型钢桁架屋盖结构风荷载的数值模拟46-57
• 5.1 西宁海湖新区体育场屋盖结构风荷载数值模拟46-50
• 5.1.1 计算模型46-47
• 5.1.2 数值模拟方案47
• 5.1.3 计算流域模型47-48
• 5.1.4 网格划分48-49
• 5.1.5 边界条件的设定49-50
• 5.1.6 求解器的设置50
• 5.2 计算结果及分析50-55
• 5.2.1 湍流模型的影响50-51
• 5.2.2 风向对屋盖表面风压分布的影响51-53
• 5.2.3 屋盖的流场分布特性53-55
• 5.2.4 最不利风向下的分区平均风压系数55
• 5.3 本章小结55-57
• 结论与展望57-59
• 结论57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 孙晓颖;武岳;沈世钊;;鞍形屋盖平均风压分布特性的数值模拟研究[J];工程力学;2006年10期

2 殷惠君;张其林;周志勇;;标准低矮建筑TTU三维定常风场数值模拟研究[J];工程力学;2007年02期

3 顾磊;齐宏拓;刘红军;傅学怡;;奥运网球中心赛场风荷载和风环境数值模拟分析[J];建筑结构学报;2009年03期

4 朱伟亮;杨庆山;;湍流边界层中低矮建筑绕流大涡模拟[J];建筑结构学报;2010年10期

5 董石麟;邢栋;赵阳;;现代大跨空间结构在中国的应用与发展[J];空间结构;2012年01期

6 焦q戏

本文编号：342154