塔桅结构风荷载的数值模拟研究

摘要

近年来，随着我国经济建设的发展，城市高层建筑的不断出现，城市空间结构变得非常复杂，由此而产生的各种风效应问题日益受到人们的注意。风荷载是塔桅结构这类高耸建筑结构设计中必须考虑的重要荷载。因此对塔桅这类特型结构进行风荷载研究很有必要。 目前研究建筑物风荷载分布情况主要有现场实测、风洞试验和数值模拟计算三种方法，其中风洞试验是现阶段的主要手段，研究方法较为成熟。但风洞试验周期长，而且要消耗大量的人力和物力。现场实测只能在建筑物建成以后进行，而且花费更大，还受季节、场地等诸多因素的影响。计算机技术的发展为建筑物风荷载的数值模拟研究提供了新的方法和手段，它自出现起就成了风工程领域研究和发展的热点，相比较传统方法它具有独特的优势。利用计算机数值模拟技术可以方便地对塔桅结构绕流风场进行模拟计算，得到风速和风压等物理量的分布特征，以此预测建筑物的规划和设计方案的优劣，并提出改进方案，使设计更加合理，提高设计质量和效率。 本文采用风洞模型试验和计算机数值计算相结合的方法，研究对象杭州湾大桥观光塔是一塔桅结构，对其建立了实际尺度的模型，选择了合适的网格划分形式，并准确模拟了大气中来流的风剖面。选用标准k-ε模型和Realizablek-ε模型两种湍流模型计算了塔桅结构绕流的定常风流场。通过对建筑物绕流流场中的风速、风压等流场特性进行分析，并将其与风洞试验结果进行比较，讨论了塔桅结构风荷载数值模拟的可行性与可靠性。结果表明标准k-ε模型和Realizablek-ε模型均能较好模拟出塔桅结构的绕流风场，并与试验结果接近。最后指出了两种湍流模型的不足和需要进一步解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及论文知识产权权属声明

第一章绪论

第二章数值模拟基本原理

第三章杭州湾跨海工程观光塔及海中平台风洞试验

第四章杭州湾跨海工程观光塔结构风荷载数值模拟研究

第五章总结与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文