台风作用下一端开口悬挑屋盖压力分布及参数影响分析

摘要

一端开口悬挑屋盖造型新颖独特，结构型式复杂，对风荷载的作用十分敏感。目前在大跨度悬挑屋盖的抗风研究中，主要的研究对象为主看台悬挑，双侧悬挑和环形悬挑三种型式，对一端开口这种新型式悬挑屋盖的风荷载特性尚缺乏研究。台风是一种破坏力巨大的自然灾害，而我国又是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一，我国东南沿海一带的经济区更是饱受台风灾害的影响。大跨度悬挑屋盖在台风作用下会发生风致破坏现象，不同的参数变化会对其造成一定影响。规范中对悬挑屋盖风荷载的设计规定，目前仅有澳大利亚的风荷载规范给出了简单体育场主看台挑蓬的条文。因此，对一端开口复杂悬挑屋盖在台风作用下的风压分布规律及参数影响研究尤为重要，可以为结构的前期设计提供依据，使结构更加安全。
　　根据台风的特性，阐述了悬挑屋盖风荷载研究现状和目前结构风工程中的几种研究方法及优缺点，介绍了计算风工程的理论基础及模拟方法。在此基础上，采用Fluent流体力学分析软件，选择SST k-湍流物理模型，对某一端开口且悬挑长度和高度有变化的复杂大型体育场悬挑屋盖进行了在台风作用下的风荷载分布特性研究，研究了该悬挑屋盖在常规湍流强度以及基于台风实测资料得出的石沅湍流强度和田浦湍流强度下屋盖表面的风压分布规律，并将三种湍流强度情况下所得风压系数值作对比。对此一端开口悬挑屋盖进行了在不同来流情况下的分析研究，研究了不同风向角和不同风攻角作用时屋盖表面的风压变化情况，给出了各种情况下屋盖表面风压系数分布图，分析了结构的风敏感部位。研究表明，风向角的变化对一端开口悬挑屋盖表面的风压影响很大。
　　在研究了一端开口悬挑屋盖在不同来流情况作用下屋盖表面风压分布情况基础上，还对该型式悬挑屋盖自身几何参数变化对其风压分布规律的影响进行了研究。基于Fluent平台，湍流模型采用对钝体绕流有较好效果的SST k-物理模型，湍流强度选为常规湍流强度，风速为台风风速，对不同几何参数情况下屋盖表面的风压分布规律进行了研究。研究了悬挑屋盖在不同的屋盖倾角、不同的悬挑长度以及不同的看台通风率变化下，屋盖表面的风压系数分布情况，并将不同参数下得出的计算结果作对比。研究表明，悬挑屋盖在自身几何参数变化时屋盖表面的风压系数曲线分布情况及风压系数值也会发生一定变化。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 结构风工程研究方法

1.4 数值风洞技术发展现状

1.5 台风工程学

1.6 本文主要工作

2 台风特性和悬挑屋盖风荷载研究现状

2.1 风的特性

2.2 台风特性

2.3 悬挑屋盖风荷载研究

3 计算风工程理论方法

3.1 控制方程

3.2 湍流计算方法

3.3 流场数值模拟

4 一端开口悬挑屋盖在台风作用下的风荷载分布特性

4.1 几何模型和网格划分

4.2 计算边界条件和求解参数

4.3 不同参数下悬挑屋盖的风荷载分布特性

4.4 结论

5 不同参数对一端开口悬挑屋盖风压分布影响分析

5.1 计算模型与求解参数

5.2 不同屋盖倾角对悬挑屋盖风压分布的影响

5.3 不同悬挑长度对悬挑屋盖风压分布的影响

5.4 不同看台通风率对悬挑屋盖风压分布的影响

5.5 结论

结论与展望

参考文献

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