风雨联合作用试验准则及数值模拟

摘要

在精细化开展土木工程灾害作用研究趋势下，土木工程对象风雨联合作用越来越受到各国学者的重视，现阶段关于土木工程结构风雨联合作用的研究所面临的问题突出表现在两个方面，即风雨场试验相似准则的尚不具备制约着土木工程风雨联合作用效应的研究，风雨联合作用数值模拟方法尚不完善。基于此，本文围绕建立风雨场试验相似准则及建立基于Computational Fluid Dynamics（CFD）结构风雨耦合作用数值模拟方法开展研究。具体内容包括：
　　（1）基于两个一致性条件，即雨膜缩尺比与几何缩尺比相一致、风雨试验环境与现场环境雨滴降落攻角相一致，提出了风雨联合作用试验准则。并通过具体实例，以哈尔滨工业大学风洞与浪槽联合实验室大试验段为风雨联合作用试验环境，完成了针对丹麦大贝尔特桥梁某风雨场试验模拟的参数确定，进而验证了该试验准则的可行性。
　　（2）通过公式推导，得到雨场降雨强度与颗粒流质量流率的转化公式关系；依托FLUENT软件平台，提出了Rosin-Rammler预设函数法和CFD自定义函数法两种雨滴谱再现方法；以雨强换算及雨滴谱再现为基础，建立了基于双参数的风雨耦合场数值模拟方法，并通过具体算例，比较了三种雨滴谱模拟方法的优劣，发现：自定义函数法模拟雨场模拟结果较为客观，但操作复杂，而离散多入射元法模拟速度最慢、模拟真实度最差，而CFD预设函数法的介于两者之间。
　　（3）基于EWF模型和欧拉-拉格朗日离散相模型，并采用增强型壁面法，结合动网格技术，进而建立了结构风雨联合作用数值模拟方法。并利用该方法进行了斜拉索风雨致作用特性的数值模拟研究，通过与已有文献试验结果比较验证了该数值模拟方法的有效性，同时在针对静止与运动斜拉索模型的数值模拟结果中发现：风雨耦合场作用下的斜拉索表面将形成上、下水线，且上、下水线形态完整，界限明显，从上至下贯穿于整个斜圆柱。斜拉索上水线的振荡较为明显。下水线的位置和厚度相对固定，上水线整体形状较宽，呈梯形形状；下水线整体形状较窄，呈三角形。上、下水线的位置相对于斜拉索轴心呈中心对称分布。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 风雨联合作用研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 风雨联合作用试验准则

2.1 引言

2.2 风雨场基本参数

2.3 相似条件

2.4 算例

2.5 本章小结

第3章 风雨耦合场的CFD数值模拟

3.1 引言

3.2 欧拉-拉格朗日多相流模型[74]

3.3 基于双参数的风雨耦合场模拟方法

3.4 算例

3.5 本章小结

第4章 结构风雨耦合作用数值模拟

4.1 引言

4.2 基于EWF模型的结构风雨耦合作用数值模拟

4.3 斜拉索风雨致作用数值模拟

4.4 本章小结

结论

参考文献

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