空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載體型系數(shù)的數(shù)值研究.pdf

1、近二十年多來(lái)，大跨度空間結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、立體桁架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)及各類(lèi)組合和雜交空間結(jié)構(gòu)得到了迅速的發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式不斷創(chuàng)新，建筑造型和結(jié)構(gòu)體型層出不窮。隨著空間結(jié)構(gòu)跨度的不斷增大，同時(shí)伴隨著全球氣候和環(huán)境的變化，自然災(zāi)害的加劇，尤其是近年來(lái)強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)和地震等災(zāi)害的頻發(fā)，使得土木工程結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震問(wèn)題越來(lái)越引起工程界的重視。結(jié)構(gòu)風(fēng)工程也因此而越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)專(zhuān)家和學(xué)者的關(guān)注。 結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算是風(fēng)工程的主要目的。

2、而在風(fēng)荷載的計(jì)算中，風(fēng)載體型系數(shù)的獲得則是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。本文將主要根據(jù)近年來(lái)流行的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法（CFD）來(lái)研究風(fēng)荷載的體型系數(shù)問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用大型流體數(shù)值模擬軟件FLUENT，根據(jù)實(shí)際工程案例，建立大量的工程模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、分析和對(duì)比，并對(duì)幾類(lèi)常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)體型（國(guó)家規(guī)范中尚未予以規(guī)定的體型，包括柱面、橢球面、雙曲面、錐體曲面、脊—谷型曲面、懸挑頂篷）進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載以及體型系數(shù)的分布情況和特征，并就此展開(kāi)相應(yīng)的討論

3、和結(jié)果分析，為工程實(shí)踐和相關(guān)科研探討提出具有實(shí)用價(jià)值的結(jié)論和建議。 本文主要的討論內(nèi)容和研究對(duì)象包括以下幾個(gè)方面： 1 ．大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展及國(guó)內(nèi)空間結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀介紹大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，了解空間結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式，主要闡述了兩大類(lèi)型空間結(jié)構(gòu)的特征和發(fā)展情況，同時(shí)介紹了國(guó)內(nèi)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展及研究成果，主要包括空間結(jié)構(gòu)相應(yīng)理論研究、穩(wěn)定性研究、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)和抗震研究、結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析以及高敏感度結(jié)構(gòu)的風(fēng)振耦合問(wèn)題研究。

4、 2 ．風(fēng)荷載的計(jì)算與體型系數(shù)的獲得通過(guò)介紹結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的基本研究?jī)?nèi)容，系統(tǒng)地闡述了結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算。討論結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了風(fēng)荷載的研究方式和體型系數(shù)的獲得，并著重就風(fēng)荷載體型系數(shù)的獲得予以詳細(xì)討論；同時(shí)討論了風(fēng)洞試驗(yàn)理論和方法，此外還簡(jiǎn)要討論了當(dāng)前工程界常見(jiàn)的幾類(lèi)空間結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的研究方法和取值方式。 3 ．風(fēng)荷載數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)中將空氣看作為不可壓縮的流體加以討論，在此，本文將介紹風(fēng)荷

5、載數(shù)值模擬的基本理論，其中包括粘性流體的三大基本方程、雷諾方程應(yīng)力模型及相應(yīng)邊界條件和非面壁函數(shù)、有限體積法及相關(guān)數(shù)值技術(shù)，同時(shí)還介紹了大型商業(yè)軟件Fluent6.2 及其在CWE 領(lǐng)域的應(yīng)用，此外還就計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的求解流程和入口湍流問(wèn)題加以討論。 4 ．柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的研究以實(shí)際工程案例為背景，建立數(shù)值模型進(jìn)行CFD模擬，獲得風(fēng)荷載和體型系數(shù)結(jié)果，通過(guò)分析和對(duì)比數(shù)值模擬結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載

6、受力情況和體型系數(shù)的分布特征。同時(shí)依據(jù)此法，建立大量的數(shù)值模型加以CFD模擬，對(duì)煤棚類(lèi)結(jié)構(gòu)作系統(tǒng)的研究，并獲得相應(yīng)的結(jié)果和結(jié)論。此外，還就數(shù)值模擬中碰到的建模效率問(wèn)題加以討論，并提出了相應(yīng)的解決途徑和優(yōu)化方式。 5 ．幾類(lèi)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)討論和研究采用上述CFD 流程和分析方法，結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)幾類(lèi)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)（橢球面、雙曲面、錐體曲面、脊—谷型曲面、懸挑頂篷）體型系數(shù)的分布特征和取值方式作簡(jiǎn)要的研究和討論，并給出了各類(lèi)結(jié)構(gòu)的