开洞对核电常规岛龙卷风荷载影响的研究

发布时间：2020-08-18 21:39

【摘要】：龙卷风是大气中最强烈的涡旋现象,具有影响范围小、生消迅速、轨迹不定、破坏性极强等特点。由于其发生概率和区域相对较小,目前我国的《建筑结构荷载规范》中尚未包含普通结构的抗龙卷风设计标准。但是,对于某些破坏后果特别严重的设施,如核电站、火力发电厂等,在设计时需要考虑龙卷风荷载的影响,以保证其有足够的抵抗力。核电常规岛主厂房的围护面板在龙卷风作用下会发生破坏。在这种情况下,风对结构的影响除外压作用下,还需考虑内外压的共同作用。多数围护结构的破坏(例如屋盖掀翻和墙面倒塌)都是由于内外压共同作用引起,在极端环境条件(如龙卷风)下尤甚。合理估算结构所受的龙卷风荷载,得出开洞后结构各表面龙卷风荷载的分布特性,进行有针对性的加固措施,有助于提高核电厂等重要土建结构的抗龙卷风性能,减少恶劣环境条件下的经济损失。首先,建立了龙卷风场的数值模型,并对数值模拟结果进行分析验证。研究发现:数值龙卷风场的切向风速以及气压降沿径向的变化规律与二维Rankine涡理论模型吻合度较高,验证了数值模拟结果的可靠性。随后,分析了涡流比对龙卷风场结构及特征参数的影响。结果表明:随着涡流比的增加,龙卷风场中心气压降绝对值及最大切向风速逐渐减小,对应核心半径逐渐增大。低涡流比情况下,龙卷风切向风速及气压降的变化速率明显高于高涡流比情况。当涡流比S=1.0时,龙卷风由单涡核结构转化为多涡核结构,且风场结构趋于不稳定。其次,基于龙卷风数值模型,揭示了核电常规岛主厂房位于龙卷风核心半径处时围护结构的连续破坏机理。结果表明:结构位于龙卷风核心半径处时,其屋面靠近迎风面边缘处的负风压最大,屋面最先发生掀翻破坏。此时结构内表面各点风压值几乎处处相等,具有较高一致性。由于内外压共同作用,迎风面、背风面及近龙卷风侧面依次发生破坏,远龙卷风侧面未发生破坏。其中迎风面破坏率最大,达到22.2%。最后,研究了开洞对结构表面龙卷风风压分布特性的影响。将核电常规岛主厂房置于龙卷风场的核心半径处,改变开洞面积、开洞位置以及开洞数量,对相应工况下结构各表面风压分布特性进行了分析,并与风致平均内压理论公式结果进行对比。此外,对于复杂开洞结构,无法直接判断气流入口和出口位置,根据风致内压理论估算公式计算结构平均内压时需要进行繁琐的试算工作。为此,将风致内压理论估算公式与数值模拟技术相结合,为复杂开洞情况下的风致平均内压估算提供了解决方案。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1;TM623
【图文】：

（a）龙卷风切向风速沿径向位置变化曲线 （b）龙卷风径向风速轴向变化曲线图 1-1 龙卷风实测风速数据曲线Hoecher[6]通过研究 Dallas 龙卷风，对其中的碎屑粒子进行追踪，给出了不同高度处，龙卷风切

爱荷华州立大学可

（a）试验模型图 （b）试验原理图图 1-4 汤卓龙卷风发生装置模型014 年，同济大学的王锦[16]建立了新型龙卷风模拟器（TVS），该模拟器主要由顶部抽

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本文编号：2796752