典型开合屋盖积雪分布规律研究

摘要

目前，国内外对开合屋盖结构设计的系统研究仍不完善，为促进开合屋盖结构快速发展，我国正在编制《开合屋盖结构设计规程》，其中在抗雪设计方面，开合屋盖因存在多个状态以及运行问题，较常规结构有更多要求。本文利用风致雪漂移试验及数值模拟方法研究三种典型刚性开合屋盖的积雪分布规律；最后利用ABAQUS有限元软件模拟积雪滑落的冲击效应。主要工作和结论包括以下几个方面：
　　（1）确定了基于FLUENT的风致雪漂移数值方法。在是否考虑积雪面的反馈作用的对比中发现采用风雪单向耦合的稳态方法能较好地反映出发生积雪沉积或侵蚀的峰值位置及大小。采用标准k-ε模型更好地反应风雪流的湍流情况，并通过与实测值的对比验证了数值方法的可行性。
　　（2）基于跃移层无量纲体积传输率一致的相似准则，采用风雪联合试验装置对水平移动开合屋盖进行风致雪漂移试验，模拟介质为人造雪，分析了不同开启状态、风速、风向角下的屋面雪深分布特征。与数值模拟结果对比发现：积雪发生沉积的范围存在差异，但积雪分布形式满足相同规律。
　　（3）利用数值模拟方法研究三种开合屋盖形式在不同开启状态、风速、风向角下的屋面分布特征，探讨了矢跨比和屋盖突起高度对积雪分布的影响，并参照现有规范提出其积雪分布建议。研究表明屋盖高度对积雪分布的影响仅局限于局部区域；矢跨比直接影响屋盖形状，是影响积雪分布的关键因素。
　　（4）基于Johnson-Cook本构和失效模型，采用ABAQUS有限元软件分析了屋面局部积雪滑落对挡雪栏杆的冲击效应。研究表明积雪滑落的冲击作用显著，挡雪栏杆受积雪滑落冲击时破坏模式为发生塑性弯曲变形；而带有挡雪夹的挡雪系统对抵抗大体积积雪滑落的能力差，通过分析总结对雪夹构造及布置形式提出了改进建议。

目录

第1章 绪 论

1.1引言

1.2研究背景及意义

1.3研究现状及分析

1.4本文主要工作

第2章 风致雪漂移数值建模技术研究及验证

2.1引言

2.2风致雪漂概述

2.3风致雪漂移数值建模技术

2.4积雪面对风场反馈作用影响分析

2.5湍流模型优选及算例验证

2.6本章小结

第3章 水平移动开合屋盖风致积雪分布试验研究

3.1引言

3.2试验原理

3.3风雪联合试验

3.4不同工况下试验结果分析

3.5试验原型数值建模及积雪分布规律

3.6积雪分布规律综合对比

3.7本章小结

第4章 开合屋盖积雪分布规律及关键参数影响研究

4.1引言

4.2水平移动开合屋盖积雪分布规律

4.3绕竖轴旋转开合屋盖积雪分布规律

4.4空间移动开合屋盖积雪分布规律

4.5本章小结

第5章 开合屋盖配套挡雪系统抗冲击性能及优化设计

5.1引言

5.2积雪滑落作用有限元建模

5.3积雪滑落冲击效应分析

5.4带挡雪夹挡雪系统的力学性能分析

5.5本章小结

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢