細部構(gòu)造對結(jié)構(gòu)風荷載影響的數(shù)值模擬分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)抗風分析的主要研究方法有：現(xiàn)場實測、風洞試驗、理論分析和CFD數(shù)值分析方法。近三十年來，伴隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和流體力學理論的不斷完善，基于計算流體動力學原理的CFD數(shù)值分析方法憑借其優(yōu)勢和應(yīng)用前景在土木工程結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計的研究中越來越受到重視，并發(fā)揮著無法替代的作用。本文基于FLUENT軟件平臺，以建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)為對象進行了數(shù)值風洞模擬，重點探討了常見的細部構(gòu)造對建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)風荷載以及繞流風場的影響。本文的主要研究工作

2、可歸納為以下幾個方面：
　　（1）以日本建筑協(xié)會(AIJ)長寬高之比為1:1:0.5的建筑模型為對象，采用大渦模擬（LES）方法對45°風向角不同類型風場作用下模型的風荷載進行了三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬計算，并將數(shù)值計算結(jié)果與風洞試驗結(jié)果進行比較，驗證了CFD數(shù)值計算的可靠性。在此基礎(chǔ)上，通過在模型的不同位置加設(shè)分隔擋板探討了45°風向角下平屋蓋錐形渦的特性。同時，重點探討了屋面加設(shè)不同高度女兒墻對風壓分布的影響。結(jié)果表明，基于Q準則的

3、旋渦判別法可較好的識別建筑物繞流場中形成的旋渦。均勻來流時錐形渦與側(cè)面脫體渦相互作用并脫落，其作用將反饋至屋面旋渦上使屋蓋兩個錐形渦強度以屋面對角線為軸交替波動，此消彼長。但在湍流風場作用下，屋面錐形渦并不會出現(xiàn)此類波動現(xiàn)象。屋面女兒墻的存在會使得屋面錐形渦的間隙變窄，旋渦足跡變闊，且屋面峰值吸力隨女兒墻高度的增加而迅速減小。
　?。?）在長寬高之比為1:1:0.5的AIJ建筑模型各立面上加設(shè)陽臺，并利用大渦模擬（LES）方法對其

4、進行了數(shù)值模擬計算。計算過程中，針對不同的來流風場、不同的風向角（0°→15°→30°→45°）以及不同的陽臺懸挑長度進行了系統(tǒng)的模擬分析。在此基礎(chǔ)上，重點探討了立面陽臺的存在對建筑表面風壓分布和繞流風場的影響。研究結(jié)果表明，陽臺的存在會明顯改變氣流在建筑表面的分離、再附著形式，引起的風壓變化主要集中在迎風面，特別是迎風面最上一排陽臺及兩側(cè)陽臺的區(qū)域。此外，隨著來流風向角的增加，陽臺對建筑迎風面上風壓的影響逐漸加大。
　?。?）采

5、用歐拉-歐拉體系下的多相流模型，將雨滴擬設(shè)為連續(xù)介質(zhì)，通過在FLUENT計算軟件上編寫相應(yīng)的UDF計算程序，分別對典型橋梁斷面節(jié)段模型和廈漳跨海大橋北汊主橋?qū)崢蚰Ｐ瓦M行了三維風驅(qū)雨的數(shù)值模擬研究。計算得到了模型周圍風場和雨場分布、雨滴捕獲率、雨滴沖擊荷載以及橋體所受三分力等參數(shù)。然后，以矩形斷面和準流線型斷面節(jié)段模型為對象探討了橋面護欄等橋面細部構(gòu)造對橋梁結(jié)構(gòu)繞流風場和三分力系數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，雨滴對整體平均荷載的影響比較小，對三分力