索結(jié)構(gòu)流固耦合風(fēng)振響應(yīng)分析.pdf

1、索結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于懸索屋蓋、幕墻結(jié)構(gòu)、輸電塔線體系、橋梁結(jié)構(gòu)、桅桿結(jié)構(gòu)等建(構(gòu))筑物中,具有質(zhì)量輕、抗彎剛度小等特性。索結(jié)構(gòu)的風(fēng)振影響不可忽視,因風(fēng)振失穩(wěn)導(dǎo)致的事故時有發(fā)生。風(fēng)荷載具有隨機(jī)性與空間相關(guān)性,而索結(jié)構(gòu)自身振動特性亦非常復(fù)雜,迄今索結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)研究仍是風(fēng)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),仍有較多機(jī)理性的研究有待推進(jìn)。目前索結(jié)構(gòu)風(fēng)振方面的研究已開始考慮流體與結(jié)構(gòu)之間的相互作用即流固耦合效應(yīng),但已有的一些流固耦合實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬多采用節(jié)段模型或二

2、維近似模型,邊界條件等因素的選擇使計(jì)算結(jié)果具有一定的偏差。本文對長索的全結(jié)構(gòu)三維模型流固耦合效應(yīng)進(jìn)行了多參數(shù)模擬分析。針對流固耦合分析方法、索結(jié)構(gòu)振動機(jī)理、風(fēng)振響應(yīng)分析等方面進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。介紹了索結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,指出存在的主要問題,并提出本文的研究目標(biāo)和工作重點(diǎn)。在索振分析方面,本文介紹了結(jié)構(gòu)風(fēng)環(huán)境的大致情況,闡述了常用的結(jié)構(gòu)振動分析方法,并對最常見的索振類型及其發(fā)生機(jī)理進(jìn)行了探討。在數(shù)值風(fēng)洞方面,本文介紹了結(jié)構(gòu)風(fēng)工程

3、領(lǐng)域風(fēng)洞模型試驗(yàn)、風(fēng)速時程數(shù)值模擬技術(shù)等方面的進(jìn)展情況。利用CFD(計(jì)算流體力學(xué))數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)對封閉式雙坡屋面及封閉式拱形屋面兩類建筑屋面風(fēng)壓分布特性進(jìn)行了模擬,與規(guī)范進(jìn)行對照驗(yàn)證了數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)的可行性。在流固耦合方面,本文介紹了計(jì)算流體動力學(xué)及計(jì)算結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本原理,分析流固兩相介質(zhì)交界面處的耦合機(jī)理,接著討論了流固耦合分析方法的研究進(jìn)展,并簡要介紹了本文采用的ANSYS-CFX環(huán)境的計(jì)算流程和基本原理。在長索風(fēng)振響應(yīng)分析方面,本文

4、針對穩(wěn)態(tài)風(fēng)場中的流固耦合響應(yīng)進(jìn)行了多參數(shù)計(jì)算分析,與不考慮流固耦合效應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行了對比得出一些有關(guān)的結(jié)論。首先對圓截面單索進(jìn)行分析,針對不同的索傾角、風(fēng)向角、風(fēng)速及預(yù)應(yīng)力水平等多種工況,分別建立了計(jì)算模型,采用層流模型與k-ω湍流模型對比計(jì)算,分析研究了節(jié)點(diǎn)位移時程曲線及索表面點(diǎn)風(fēng)壓時程曲線等風(fēng)振響應(yīng)特性。對D字形截面的水平索,計(jì)算了三種不同風(fēng)速條件下的風(fēng)振響應(yīng)曲線。然后對兩并列長索及兩串列長索進(jìn)行了流固耦合風(fēng)振響應(yīng)分析,并研究了不同間