細(xì)部構(gòu)造對結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載影響的數(shù)值模擬分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析的主要研究方法有：現(xiàn)場實(shí)測、風(fēng)洞試驗(yàn)、理論分析和CFD數(shù)值分析方法。近三十年來，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和流體力學(xué)理論的不斷完善，基于計(jì)算流體動力學(xué)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(fēng)設(shè)計(jì)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(jìn)行了數(shù)值風(fēng)洞模擬，重點(diǎn)探討了常見的細(xì)部構(gòu)造對建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載以及繞流風(fēng)場的影響。本文的主要研究工作

2、可歸納為以下幾個方面：
　?。?）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(fēng)向角不同類型風(fēng)場作用下模型的風(fēng)荷載進(jìn)行了三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了CFD數(shù)值計(jì)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(fēng)向角下平屋蓋錐形渦的特性。同時(shí)，重點(diǎn)探討了屋面加設(shè)不同高度女兒墻對風(fēng)壓分布的影響。結(jié)果表明，基于Q準(zhǔn)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(shí)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(qiáng)度以屋面對角線為軸交替波動，此消彼長。但在湍流風(fēng)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。
　　（2）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(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。計(jì)算過程中，針對不同的來流風(fēng)場、不同的風(fēng)向角（0°→15°→30°→45°）以及不同的陽臺懸挑長度進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬分析。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了立面陽臺的存在對建筑表面風(fēng)壓分布和繞流風(fēng)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(fēng)壓變化主要集中在迎風(fēng)面，特別是迎風(fēng)面最上一排陽臺及兩側(cè)陽臺的區(qū)域。此外，隨著來流風(fēng)向角的增加，陽臺對建筑迎風(fēng)面上風(fēng)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(jì)算軟件上編寫相應(yīng)的UDF計(jì)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(jìn)行了三維風(fēng)驅(qū)雨的數(shù)值模擬研究。計(jì)算得到了模型周圍風(fēng)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(zhǔn)流線型斷面節(jié)段模型為對象探討了橋面護(hù)欄等橋面細(xì)部構(gòu)造對橋梁結(jié)構(gòu)繞流風(fēng)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