龍卷風作用方位對結構的荷載影響研究.pdf

1、不同于常規(guī)風，龍卷風是一種高速旋轉的小尺度系統(tǒng)，其破壞力極強。由于龍卷風發(fā)生的概率較低，目前在我國，一般的建筑結構設計規(guī)范和標準尚未包含抗龍卷風的設計要求。但對損壞后果特別嚴重的設施（如核電站）進行設計時，則必須考慮龍卷風的影響，以保證其有足夠的抵抗力。龍卷風風場中風速與風壓分布極不均勻，存在著很大的速度梯度與壓力梯度，因此結構相對風場的方位對其所受的龍卷風荷載有很大的影響。本文采用CFD數(shù)值模擬技術，研究結構表面風壓與其所處風場位置以

2、及受龍卷風不同作用方位角的關系。考慮龍卷風荷載的這兩種影響因素，對研究結構所承受的最不利工況是十分必要的，也為重大工程結構的抗龍卷風設計提供一定的參考價值。
　　利用CFD數(shù)值模擬技術建立龍卷風的數(shù)值模型，并嘗試建立起一種開放式龍卷風試驗裝置。結果顯示，數(shù)值模擬風場的切向速度與蘭金渦流模型吻合地很好，而測得的試驗風場的風速分布在渦核內與數(shù)值模擬結果及實際龍卷風觀測值有一定差別，渦核外結果則接近一致，說明了龍卷風的試驗工作有一定的可

3、行性。最后，探討了數(shù)值龍卷風控制參數(shù)的影響。結果表明，隨著渦流比的增加，風場最大切向速度逐漸減小，對應的核心半徑則逐漸增大。同一個渦流比下，核心半徑隨高度的增加而增大，符合龍卷風漏斗型的分布，反映了數(shù)值模擬的可靠性。此外，較低的雷諾數(shù)則難以形成很好的渦旋結構。
　　基于龍卷風數(shù)值模型，探討了龍卷風風場作用方位變化對兩種屋面坡度(0°、30°)結構表面風荷載的影響。首先，將結構以不同的方位角置于風場不同的徑向位置處，給出了不同工況下

4、結構表面風壓的分布特征以及表面最不利風壓和平均風壓隨方位變化的規(guī)律，得到了結構的最不利工況。其次，闡述了坡度變化對結構表面風荷載的影響，表明坡度的存在使得屋面的風壓分布變得更不均勻，而四周立面的風壓分布趨勢變化不大。最后，對比了兩種屋面的最不利風壓和平均風壓的差值。
　　基于各工況的數(shù)值模擬結果，探究了考慮方位效應的兩種結構的屋面龍卷風風載體型系數(shù)的分區(qū)方法。在屋面的縱橫中心線上布置監(jiān)測點，總體上把握風壓分布的趨勢。依據(jù)相關分區(qū)原