大型钢结构塔架流固耦合分析
发布时间：2021-02-04 22:56
随着社会不断地进步和发展,高层甚至超高层建筑已成为建筑行业发展的主流。在建设超高层建筑时,钢结构具有非常重要的作用,它能够确保超高层建筑整体的稳定性,优点突出。但大型复杂的超高层钢结构建筑属于风敏感建筑,在风荷载作用下可能会产生比较大的振动、应力和变形,所以对大型钢结构的风荷载进行研究是非常有必要的。为此江阴大桥建设有限公司与赵静一老师课题组共同合作研究大型钢结构塔架风荷载效应。本文主要对大型钢结构塔架进行拟静力学分析和考虑流固耦合的风洞模拟分析,并就这两种方法进行简单对比,为研究大型复杂的钢结构塔架的风效应机理提供理论方法和技术支持。本文主要研究内容如下:首先介绍大型高耸钢结构的发展现状、风灾导致的各种破坏、大型钢结构塔架的用途、结构风工程的国内外研究现状和手段以及流固耦合分析国内外研究现状,进而阐述研究大型钢结构塔架风效应时应充分考虑流固耦合的影响。然后对自然风的特性进行简单研究,包括平均风和脉动风的特性,建立钢结构塔架的有限元模型,并对风荷载进行理论计算和拟静力学分析。接着阐述计算流体力学和流固耦合基本原理,四种常用的数值计算方法,分析任意拉格朗日-欧拉方法的原理和特点,研究两种...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天津周
燕山大学工学硕士学位论文-2-图1-2昆明恒隆广场随着钢结构建筑向着越来越高的方向发展，首要考虑的就是风荷载问题，因为复杂的高层钢结构建筑在风荷载下会发生大的颤振、应力和位移变形。风灾是指狂风、台风或飓风过后造成的灾难，是最具影响力的自然灾害之一，爆发次数多，延续的时间比较长，造成的危害比较大，影响广泛[2-3]。据不完整统计，全球每年产生80余个热气旋，而且每个气旋的风力等级都超过了8。每年大约有20000人在台风中灭亡，财产损失超过80亿美元。历史上曾发生20多次死亡人数超过5000人的大风灾，8次死亡人数10万以上的特大风灾。1959年，日本名古屋超强台风造成2000多人消失，直接经济损失达20亿美元；1963年，加勒比海飓风导致5000多人丧失生命，十万多人无家可回；1970年11月12日，一场强风暴奇袭孟加拉国，造成300000人死亡，280000头牛和500000只家禽被杀死，经济损失是无法估量的，是20世纪以来最大的风灾害。2004年，“Charley”、“Ivan”和“Jeanne”超强热带飓风奇袭了整个北美，造成了2000多人全部丧生，直接造成的经济损失总额高达500个亿美元；2006年8月“桑美”降落在浙江温州，摧毁的房屋不计其数，人员伤亡达200余人；2017年9月超强台风“泰利”奇袭日本，结果导致5人死亡，直接经济损失达7.5亿美元。“利奇马”在2019年8月10日凌晨1时登陆浙江温岭后，经过江苏，移入黄海，并在8月11日晚上8点在山东青岛二次登陆。它不仅风力和降水强度大，而且波及范围广泛，波及十余个省市。同时“利奇马”停留时间相当长，停留了10余天。据国家应急管理部消息，“利奇马”在影响期间，造成浙江、山东等10个省区市超过1400万人受到影响，有70人消失，超过15000所房屋被严重破坏，农作物和种植基地受灾面积累计增加了超过100?
第1章绪论-3-不是风灾所导致的，但也是风效应导致的典型案例。图1-3塔科马大桥轰然坠入普吉特湾瞬间钢结构具有重量轻、容易制作各种形状、方便工程施工等优势，正是这些优势使得钢结构能够在建筑工程的各个领域中广泛的应用。不过缺点是：大型复杂的钢结构塔对风荷载极其敏感，在风荷载作用下可能产生比较较大的变形。所以在进行建筑工程设计的时候，风荷载是必须考虑的，而且是主要设计荷载，特别是对于大型的大跨度的空间结构、高耸和超高层建筑[4-6]。因为深知风荷载对建筑结构带来的危害极大，所以世界上许多国家对建筑结构风工程进行了各种各样的深入研究，风荷载理论和实践的结合使得风工程研究不断进步和创新。我国每两年举行一次结构风工程学术会议，并且每四年举行一次国际性的工业空气动力学学术会议[7-8]。为了减少风灾带来的损失，美国计划每年拨出2300万美元科研经费用于风工程相关研究，尽最大的能力减少风灾。同时，日本也实施了一项名为COE的计划，该计划每年提供很多的科研经费用于开展有关风工程的科研项目。从以上的学术会议和科学研究计划，可以看出，风工程方面的研究越来越受到各个国家的重视。1.2大型钢结构塔架简介本论文中的大型钢结构塔架与平时见到的电缆塔架、信号塔架是有很大区别的。如图1-4所示是电缆塔架，该钢结构塔架是由多种型钢搭设而成，这种塔架的主要作用是支撑电缆，方便电缆的铺设，用于供电或者传送信号，广泛应用于我国各个地区，这种塔架和本论文中的塔架在体型和结构上还是有很大区别的，而且高度上也存在一定的差异，这种电缆塔架相对高度不是很高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈新建筑结构荷载规范风荷载计算修改[J]. 李雪琛,左中杰,张华栋,翟传明. 建筑结构. 2013(S2)
[2]The Application of Concrete in Human History and Development in the Modern World[J]. 杨琳,韩超. 科技信息. 2012(05)
[3]不同来流下薄平板流固耦合特性分析[J]. 吕坤,张荻,谢永慧. 中国电机工程学报. 2011(26)
[4]多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究[J]. 赵杨,段忠东,Yukio Tamura,武岳. 哈尔滨工程大学学报. 2010(11)
[5]流固耦合问题的网格更新与信息传递新方法[J]. 周岱,李磊,邓麟勇,张夏萍. 工程力学. 2010(05)
[6]数值风洞的研究现状综述[J]. 幸春林,孙业华. 大众科技. 2010(04)
[7]计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用[J]. 孙智一,吴晓蓉. 水利科技与经济. 2008(02)
[8]有限元法在结构件强度分析中的应用[J]. 董梅. 指挥控制与仿真. 2007(04)
[9]大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法[J]. 马骏,周岱,李华锋,朱忠义,董石麟. 工程力学. 2007(07)
[10]鞍形屋盖平均风压分布特性的数值模拟研究[J]. 孙晓颖,武岳,沈世钊. 工程力学. 2006(10)
博士论文
[1]有限体积法在结构动力及可靠性分析中的应用[D]. 陈浩.哈尔滨工程大学 2012
[2]大跨结构风效应的现场实测和风洞试验及理论分析研究[D]. 陈伏彬.湖南大学 2011
[3]大跨空间结构的风场和流固耦合风效应研究与精细识别[D]. 马骏.上海交通大学 2009
[4]复杂高耸结构风洞试验及风振响应研究[D]. 禹慧.同济大学 2007
硕士论文
[1]大型复杂雕像结构风致响应分析方法的对比研究[D]. 付睿文.东南大学 2017
[2]损伤石油井架在设计风载下的安全评估[D]. 高凯.燕山大学 2017
[3]矩形高层建筑顺风向位移响应国内外规范对比研究[D]. 苏益.西南交通大学 2016
[4]合肥市某高层建筑在动荷载作用下力学特性分析[D]. 张伟.安徽理工大学 2016
[5]考虑流固耦合的高层建筑楼顶高耸钢结构的抗风数值模拟[D]. 司恒运.山东大学 2016
[6]大跨连廊钢结构风载流固耦合数值模拟分析[D]. 魏琳琳.辽宁工程技术大学 2015
[7]基于CFD的复杂超高层建筑双向流固耦合研究[D]. 薛祖杰.重庆大学 2012
[8]基于ADINA的门机风载流固耦合分析与碰撞动力学研究[D]. 常亚琼.武汉理工大学 2012
[9]大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析[D]. 秦乐.北京交通大学 2013
[10]风力机叶轮—塔架结构在风荷载作用下的稳定性分析[D]. 刘琳.辽宁工程技术大学 2012
本文编号：3019070
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天津周
燕山大学工学硕士学位论文-2-图1-2昆明恒隆广场随着钢结构建筑向着越来越高的方向发展，首要考虑的就是风荷载问题，因为复杂的高层钢结构建筑在风荷载下会发生大的颤振、应力和位移变形。风灾是指狂风、台风或飓风过后造成的灾难，是最具影响力的自然灾害之一，爆发次数多，延续的时间比较长，造成的危害比较大，影响广泛[2-3]。据不完整统计，全球每年产生80余个热气旋，而且每个气旋的风力等级都超过了8。每年大约有20000人在台风中灭亡，财产损失超过80亿美元。历史上曾发生20多次死亡人数超过5000人的大风灾，8次死亡人数10万以上的特大风灾。1959年，日本名古屋超强台风造成2000多人消失，直接经济损失达20亿美元；1963年，加勒比海飓风导致5000多人丧失生命，十万多人无家可回；1970年11月12日，一场强风暴奇袭孟加拉国，造成300000人死亡，280000头牛和500000只家禽被杀死，经济损失是无法估量的，是20世纪以来最大的风灾害。2004年，“Charley”、“Ivan”和“Jeanne”超强热带飓风奇袭了整个北美，造成了2000多人全部丧生，直接造成的经济损失总额高达500个亿美元；2006年8月“桑美”降落在浙江温州，摧毁的房屋不计其数，人员伤亡达200余人；2017年9月超强台风“泰利”奇袭日本，结果导致5人死亡，直接经济损失达7.5亿美元。“利奇马”在2019年8月10日凌晨1时登陆浙江温岭后，经过江苏，移入黄海，并在8月11日晚上8点在山东青岛二次登陆。它不仅风力和降水强度大，而且波及范围广泛，波及十余个省市。同时“利奇马”停留时间相当长，停留了10余天。据国家应急管理部消息，“利奇马”在影响期间，造成浙江、山东等10个省区市超过1400万人受到影响，有70人消失，超过15000所房屋被严重破坏，农作物和种植基地受灾面积累计增加了超过100?
第1章绪论-3-不是风灾所导致的，但也是风效应导致的典型案例。图1-3塔科马大桥轰然坠入普吉特湾瞬间钢结构具有重量轻、容易制作各种形状、方便工程施工等优势，正是这些优势使得钢结构能够在建筑工程的各个领域中广泛的应用。不过缺点是：大型复杂的钢结构塔对风荷载极其敏感，在风荷载作用下可能产生比较较大的变形。所以在进行建筑工程设计的时候，风荷载是必须考虑的，而且是主要设计荷载，特别是对于大型的大跨度的空间结构、高耸和超高层建筑[4-6]。因为深知风荷载对建筑结构带来的危害极大，所以世界上许多国家对建筑结构风工程进行了各种各样的深入研究，风荷载理论和实践的结合使得风工程研究不断进步和创新。我国每两年举行一次结构风工程学术会议，并且每四年举行一次国际性的工业空气动力学学术会议[7-8]。为了减少风灾带来的损失，美国计划每年拨出2300万美元科研经费用于风工程相关研究，尽最大的能力减少风灾。同时，日本也实施了一项名为COE的计划，该计划每年提供很多的科研经费用于开展有关风工程的科研项目。从以上的学术会议和科学研究计划，可以看出，风工程方面的研究越来越受到各个国家的重视。1.2大型钢结构塔架简介本论文中的大型钢结构塔架与平时见到的电缆塔架、信号塔架是有很大区别的。如图1-4所示是电缆塔架，该钢结构塔架是由多种型钢搭设而成，这种塔架的主要作用是支撑电缆，方便电缆的铺设，用于供电或者传送信号，广泛应用于我国各个地区，这种塔架和本论文中的塔架在体型和结构上还是有很大区别的，而且高度上也存在一定的差异，这种电缆塔架相对高度不是很高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈新建筑结构荷载规范风荷载计算修改[J]. 李雪琛,左中杰,张华栋,翟传明. 建筑结构. 2013(S2)
[2]The Application of Concrete in Human History and Development in the Modern World[J]. 杨琳,韩超. 科技信息. 2012(05)
[3]不同来流下薄平板流固耦合特性分析[J]. 吕坤,张荻,谢永慧. 中国电机工程学报. 2011(26)
[4]多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究[J]. 赵杨,段忠东,Yukio Tamura,武岳. 哈尔滨工程大学学报. 2010(11)
[5]流固耦合问题的网格更新与信息传递新方法[J]. 周岱,李磊,邓麟勇,张夏萍. 工程力学. 2010(05)
[6]数值风洞的研究现状综述[J]. 幸春林,孙业华. 大众科技. 2010(04)
[7]计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用[J]. 孙智一,吴晓蓉. 水利科技与经济. 2008(02)
[8]有限元法在结构件强度分析中的应用[J]. 董梅. 指挥控制与仿真. 2007(04)
[9]大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法[J]. 马骏,周岱,李华锋,朱忠义,董石麟. 工程力学. 2007(07)
[10]鞍形屋盖平均风压分布特性的数值模拟研究[J]. 孙晓颖,武岳,沈世钊. 工程力学. 2006(10)
博士论文
[1]有限体积法在结构动力及可靠性分析中的应用[D]. 陈浩.哈尔滨工程大学 2012
[2]大跨结构风效应的现场实测和风洞试验及理论分析研究[D]. 陈伏彬.湖南大学 2011
[3]大跨空间结构的风场和流固耦合风效应研究与精细识别[D]. 马骏.上海交通大学 2009
[4]复杂高耸结构风洞试验及风振响应研究[D]. 禹慧.同济大学 2007
硕士论文
[1]大型复杂雕像结构风致响应分析方法的对比研究[D]. 付睿文.东南大学 2017
[2]损伤石油井架在设计风载下的安全评估[D]. 高凯.燕山大学 2017
[3]矩形高层建筑顺风向位移响应国内外规范对比研究[D]. 苏益.西南交通大学 2016
[4]合肥市某高层建筑在动荷载作用下力学特性分析[D]. 张伟.安徽理工大学 2016
[5]考虑流固耦合的高层建筑楼顶高耸钢结构的抗风数值模拟[D]. 司恒运.山东大学 2016
[6]大跨连廊钢结构风载流固耦合数值模拟分析[D]. 魏琳琳.辽宁工程技术大学 2015
[7]基于CFD的复杂超高层建筑双向流固耦合研究[D]. 薛祖杰.重庆大学 2012
[8]基于ADINA的门机风载流固耦合分析与碰撞动力学研究[D]. 常亚琼.武汉理工大学 2012
[9]大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析[D]. 秦乐.北京交通大学 2013
[10]风力机叶轮—塔架结构在风荷载作用下的稳定性分析[D]. 刘琳.辽宁工程技术大学 2012
本文编号：3019070
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