多跨鞍形膜结构风荷载特性研究

发布时间：2017-08-29 09:27

  本文关键词：多跨鞍形膜结构风荷载特性研究

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【摘要】：膜结构是二十世纪五十年代发展起来的一种新的建筑形式,广泛的运用于各种设施领域当中。与传统建筑材料不同,膜结构使用的膜材重量轻,只有约传统建筑物材料的三十分之一。质量轻巧的膜结构属于柔性结构,风荷载对其的影响具有举足轻重的地位,因此在膜结构设计中,风荷载属于主要控制荷载。目前对于风荷载的研究方法主要有数值模拟、现场实测和风洞试验。三种方法各有利弊,研究时可根据实际情况和现实条件选择合适的方法。本文采用数值模拟与现场实测两种方式,对位于浙江工业大学朝晖校区新教楼下的多跨鞍形膜结构进行分析。文章第一部分首先运用四种湍流模型:标准k-?模型、RNG k-?模型、Realizable k-?模型和RSM模型,对某多跨鞍形膜结构进行数值模拟分析计算,再对其进行现场实测,得到了5s时距的平均风速图和6个测点上下表面的平均风压系数,然后将现场实测结果与数值模拟结果进行对比,选择一个与实测数据最接近的湍流模型,用这个湍流模型对多跨鞍形膜结构开展后续研究,为以后相关研究提供一点参考。研究发现,(1)现场实测当天平均风速和瞬时风速差距大,阵风特性强。(2)膜结构表面最高角点处上表面受负压,下表面受正压,整个角点受到风对其向上的吸力,净风压系数为-1.4;最低角点处则相反,受到向下的压力,净风压系数为0.8。(3)现场实测数据和数值模拟结果得出的膜面平均风压系数的变化趋势基本一致,结果吻合较好,验证了数值模拟的可靠性。(4)四种湍流模型均能较好的表现出膜结构表面所受风压的变化趋势,四种湍流模型的变化趋势也相差不多,仅在平均风压系数的数值上有细微差别。对比实测结果可以看出,RNG k-?模型的模拟结果与实测结果最为接近。文章第二部分运用RNG k-?模型对多跨鞍形膜结构进行数值模拟分析,得到了在各种不同条件下多跨鞍形膜结构上下表面的平均风压系数图、净风压系数图和整体膜结构所处流场的速度矢量图,以供给今后相关工程作为一定的参考依据。主要得出的结论有:(1)多跨鞍形膜结构表面受到的极值风压部位总是在其角点处,膜结构表面中心处的平均风压系数的绝对值相对来说都较小。(2)多跨鞍形膜结构较高点的上表面总是受到负压力,下表面总是受到正压力,结构较低点与较高点相反,上表面总是受到正压力,下表面总是受到负压力,即膜结构的高点受到风的吸力,低点受到风的向下的压力。(3)随着膜面初始预应力的改变,膜结构表面的形状也随着改变,膜面初始预应力不改变膜结构表面平均风压系数的分布形式,对平均风压系数的数值大小影响也不大。(4)风向角不同,膜结构表面平均风压系数的分布形式不同。(5)矢跨比不改变膜结构表面平均风压系数的分布形式,但是会改变其数值大小,矢跨比越大,平均风压系数相对越大。
【关键词】：多跨鞍形膜结构 风荷载 数值模拟 现场实测
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU383;TU312.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景与意义12-15
• 1.1.1 膜结构的发展和现状12-14
• 1.1.2 风工程和结构风灾14
• 1.1.3 结构风工程在膜结构设计中的重要性14-15
• 1.2 研究方法15-16
• 1.2.1 现场实测15
• 1.2.2 风洞实验15-16
• 1.2.3 数值模拟16
• 1.3 结构表面风压分布特性研究现状16-19
• 1.3.1 数值模拟方法研究现状16-18
• 1.3.2 现场实测方法研究现状18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-20
• 第2章 CFD数值模拟技术及现场实测20-42
• 2.1 大气边界层风特性20-26
• 2.1.1 大气边界层20-21
• 2.1.2 平均风21-23
• 2.1.3 脉动风23-25
• 2.1.4 基本风速、基本风压和风压系数25-26
• 2.2 CFD数值模拟中关键参数设置26-35
• 2.2.1 计算域设置26-27
• 2.2.2 网格生成技术27
• 2.2.3 湍流模型27-35
• 2.3 现场实测35-36
• 2.3.1 测量设备35-36
• 2.3.2 测点布置36
• 2.3.3 实测数据处理方法36
• 2.4 TTU标准模型试验与数值模拟36-41
• 2.4.1 TTU标准模型简介36-37
• 2.4.2 TTU标准模型数值模拟分析37-40
• 2.4.3 数值模拟与现场实测结果对比40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 某多跨鞍形膜结构景观棚现场实测与数值模拟42-54
• 3.1 前言42
• 3.2 数值模拟42-47
• 3.2.1 建模方法42-43
• 3.2.2 计算参数设置43-45
• 3.2.3 模型参数45
• 3.2.4 数值模拟结果45-47
• 3.3 现场实测47-50
• 3.3.1 实测设备47-49
• 3.3.2 测点选择与数据提取49-50
• 3.4 实测结果与数值模拟结果对比50-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第4章 多跨鞍形膜结构风荷载数值模拟54-68
• 4.1 前言54
• 4.2 计算模型的建立54-55
• 4.2.1 计算参数设置54
• 4.2.2 模型参数54-55
• 4.3 数值模拟结果与分析55-66
• 4.3.1 膜面初始预应力55-58
• 4.3.2 风向角58-63
• 4.3.3 矢跨比63-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 结论与展望68-70
• 5.1 主要结论68
• 5.2 展望68-70
• 参考文献70-76
• 作者在攻读硕士学位期间所取得的科研成果76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周鲁敏;;某双塔楼超高层建筑平均风荷载及干扰效应数值模拟研究[J];建筑技术;2015年05期

2 蔡唯益;袁军;乔克;吕家圣;;圆拱型温室风压数值模拟与研究[J];西南师范大学学报(自然科学版);2014年10期

3 李波;杨庆山;侯亚委;陈爱国;;大型客运码头风荷载特性和风环境分析[J];振动与冲击;2014年17期

4 方嵩;方丽华;熊小伏;彭嵩;翁世杰;胡华铿;王建;;基于有效决策界的电网台风灾害预警方法[J];电力系统保护与控制;2014年18期

5 邓长根;梅洁晗;陆平;;双层类椭球冠形大跨屋面的表面风压数值模拟[J];建筑科学与工程学报;2014年01期

6 魏学琼;张向萍;叶瑜;;长江三角洲地区1644—1949年重大台风灾害年辨识与重建[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2013年04期

7 甘文彪;周洲;许晓平;王睿;;基于改进SST模型的分离流动数值模拟[J];推进技术;2013年05期

8 邢琼;钱江;;双筒体机场塔台的风压数值模拟[J];科技通报;2013年01期

9 梁村民;陈治全;;数值模拟大气边界层风洞中湍流模型的比较[J];四川建材;2012年02期

10 赵飞;廖永丰;张妮娜;张云霞;陈阳斯琪;;登陆中国台风灾害损失预评估模型研究[J];灾害学;2011年02期

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本文编号：752546