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，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，尤其是近年來強/臺風(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)、抗震問題越來越引起工程界的重視。結(jié)構(gòu)風(fēng)工程也因此而越來越受到業(yè)內(nèi)專家和學(xué)者的關(guān)注。 結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計算是風(fēng)工程的主要目的。

2、而在風(fēng)荷載的計算中，風(fēng)載體型系數(shù)的獲得則是一項重要的內(nèi)容。本文將主要根據(jù)近年來流行的計算流體動力學(xué)方法（CFD）來研究風(fēng)荷載的體型系數(shù)問題。通過應(yīng)用大型流體數(shù)值模擬軟件FLUENT，根據(jù)實際工程案例，建立大量的工程模型進行數(shù)值計算、分析和對比，并對幾類常見的空間結(jié)構(gòu)體型（國家規(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，并就此展開相應(yīng)的討論

3、和結(jié)果分析，為工程實踐和相關(guān)科研探討提出具有實用價值的結(jié)論和建議。 本文主要的討論內(nèi)容和研究對象包括以下幾個方面： 1 ．大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展及國內(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)的主要類型和結(jié)構(gòu)形式，主要闡述了兩大類型空間結(jié)構(gòu)的特征和發(fā)展情況，同時介紹了國內(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)振耦合問題研究。

4、 2 ．風(fēng)荷載的計算與體型系數(shù)的獲得通過介紹結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的基本研究內(nèi)容，系統(tǒng)地闡述了結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計算。討論結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的研究內(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)的獲得予以詳細討論；同時討論了風(fēng)洞試驗理論和方法，此外還簡要討論了當(dāng)前工程界常見的幾類空間結(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)計算流體動力學(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，此外還就計算流體動力學(xué)的求解流程和入口湍流問題加以討論。 4 ．柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的研究以實際工程案例為背景，建立數(shù)值模型進行CFD模擬，獲得風(fēng)荷載和體型系數(shù)結(jié)果，通過分析和對比數(shù)值模擬結(jié)果和風(fēng)洞試驗結(jié)果，進一步認(rèn)識柱面網(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。同時依據(jù)此法，建立大量的數(shù)值模型加以CFD模擬，對煤棚類結(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 ．幾類常見結(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)合實際工程案例，對幾類常見結(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要的研究和討論，并給出了各類結(jié)構(gòu)的