辐射—热—流耦合作用下钢构件及单层网壳结构温度场分析与试验研究

发布时间：2018-03-04 18:22

  本文选题：钢构件　切入点：单层网壳　出处：《天津大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：越来越多的大跨度空间结构屋面采用玻璃材料或透光性较好的膜材等,同时一些大跨度空间结构布置有室外大型构件,太阳辐射作用对于这些结构温度场的影响不可忽视。对于有吊顶的大跨度空间结构,吊顶与屋面之间形成相对密闭的空间,将导致“温箱效应”,同样对结构温度场有影响。在辐射-热-流耦合作用下,大跨度空间结构的温度场呈现出非均匀和时变的特点。结构设计中的温度作用往往考虑为均匀温度作用,这与结构实际所处的温度场是不相符的,因此给结构设计和施工带来安全隐患。本文主要研究辐射-热-流耦合作用下钢构件和单层网壳结构的温度场分布,为大跨度空间结构的温度作用的精细化分析奠定基础。通过对5组采用不同处理方式的封闭方钢管试件进行温度实测,探究降低钢构件在强烈太阳辐射作用下表面温度的方法。结果表明,未经处理的方钢管夏季表面温度可达65.1℃,比空气温度高出近30℃;方钢管两侧开洞对降低方钢管表面最高温度的效果不明显;将方钢管置于密闭钢箱、多孔钢箱和含保温材料的钢箱中均能有效降低方钢管表面最高温度,方钢管夏季表面最高温度在45℃左右,三种处理方法的效果相差不大,有保温材料的钢箱能使方钢管四个壁面的温度值在任何时刻都保持基本相同。综合考虑,实际工程中可在钢构件外围增设多孔钢板以降低结构在夏季强烈太阳辐射下的温度效应。本文采用FLUENT软件对结构和构件在辐射-热-流多物理场耦合作用下的温度分布进行数值模拟,考虑太阳辐射、内外空气对流换热、结构与周围环境辐射换热等。对封闭方钢管在各时刻的温度分布进行了数值模拟,与温度实测值吻合较好,验证了分析方法的合理性。将此分析方法应用到大跨度空间结构的温度场数值模拟中,并采用UDF对入口风速进行设置,得到了结构在各时刻的温度场分布情况,并探讨了建筑夹层和玻璃屋面对大跨度空间结构表面温度的影响。结果表明,考虑建筑夹层后,网壳表面最高温度比没有考虑建筑夹层时高出7~10℃;当单层网壳屋面为玻璃材料时,网壳最高温度比没有考虑玻璃屋面时高出2℃左右。因此在实际结构设计当中应当考虑建筑夹层和玻璃屋面对大跨度空间结构表面温度的影响。结合ASHRAE模型和稳态传热原理推导出考虑太阳辐射的钢构件温度简化计算公式,并提出了影响因子来考虑构件壁面间导热和辐射换热对构件温度影响。通过将温度简化计算公式的结果与钢构件温度实测结果进行对比,温度简化计算公式的计算精度较高,误差在5%以内,能够满足工程结构设计的精度要求。
[Abstract]:More and more large span space structure roofing uses glass material or membrane material with good light transmittance, and some large outdoor members are arranged in some large span space structures. The effect of solar radiation on the temperature field of these structures cannot be ignored. For large span space structures with ceiling, there is a relatively closed space between ceiling and roof. Will lead to the "temperature box effect", which also has an effect on the temperature field of the structure. The temperature field of long-span spatial structures is non-uniform and time-varying. The temperature effect in structural design is usually considered as a uniform temperature effect, which is inconsistent with the actual temperature field of the structure. In this paper, the temperature field distribution of steel members and single-layer latticed shell structures under radiation-thermal-current coupling is studied. It lays a foundation for the fine analysis of temperature effect of large span space structure. The temperature measurement of 5 groups of closed square steel tube specimens with different treatment methods is carried out. The method of reducing the surface temperature of steel members under the action of strong solar radiation is explored. The results show that the surface temperature of untreated square steel tubes can reach 65.1 鈩，

本文编号：1566791