复杂空间网架结构数值风洞分析研究

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大跨空间结构质量轻、阻尼小、柔度大,荷载和结构自重的比值是传统结构的数倍,微小的风荷载变化都会影响设计结果,这是一种典型的风敏感结构,风荷载通常是这类结构的控制荷载。风作用于结构产生的风压力大小取决结构的风压系数。数值模拟是利用计算流体力学(CFD)的相关知识获得复杂结构表面风压切实可行的方法,相比于最直接的现场实测以及相对成熟的风洞试验来说,具有成本低、周期短、效率高的优点,正逐渐代替风洞试验成为研究风荷载的有力工具。网架结构的形式为了适应使用功能的需要,结构形式千变万化,规范中的体型系数很难囊括,而且网架结构一般矢高较低,处于湍流度高的近地层,因此本文选用FLUENT软件数值模拟得到结构的流场分布情况并进行分析研究,具体研究工作如下:(1)综合前人研究内容进行阐述,了解风载数值模拟的基本理论;(2)针对网架结构进行数值模拟,发现边界层网格的必要性,比较分析发现选用划分简单、有较好灵活性和自适应性的非结构网格即可满足需求,通过将一个算例的数值模拟结果同其风洞试验结果进行比较,以此验证数值模拟的准确性;(3)设计STADS+W软件与ICEM和FLUENT软件的接口程序,简化操作流程,全程采用菜单引导,对话框输入的操作模式,加快程序运行,避免手工输入的数据误差。通过对上部开敞的孟加拉干煤棚屋面风压特性进行数值模拟,发现随着长宽比,矢跨比,风向角等参数的变化,结构表面的体型系数也在不断改变,并不是规范中简单的随着矢跨比发生变化,定性的分析得到这些参数对风场的影响;(4)数值模拟得到下部开敞的印度钢厂所在计算域内的流场分布情况,为分析两跨间流场相互作用的影响,将印度钢厂的等高双跨柱面屋盖修改成单跨的进行比较。比较无天窗结构在煤棚内有无煤堆以及不同端截面形式下的风压分布情况,得到风压分布规律以供工程实践参考。
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