大型渡槽静风荷载的风洞试验研究

摘要

近年来，随着国力的增强，我国开始大兴水利建设。尤其，南水北调工程的全面建设，将会兴建一批跨越河流、道路、山谷的大型渡槽。对于渡槽这种高、柔、大跨度结构，风荷载引起的效应在总荷载效应占相当大的比重，甚至起控制作用。目前，对于大型渡槽特别是多槽体结构的抗风研究较少，对其体型系数还没有相应的规范。现有的静风荷载研究仅限于单槽矩形与U形截面的渡槽，对于多槽、联体等复杂截面的大型渡槽，在空槽及满槽(无水或有水)的情况下如何计算其静风阻力至今仍未得到解决。本文主要是运用风洞试验的方法，研究渡槽体型系数在不同因数影响下的变化规律。主要内容分为以下几个部分： 第一章，介绍了风的特性、风工程研究现状以及风工程研究的几种方法，然后介绍了渡槽体型系数研究的现状及其研究意义。 第二章，主要是关于风洞试验的基本理论以及风洞试验概况，详细地介绍模型制作、测点布置、试验工况以及数据采集等方面情况。 第三章，根据风洞试验数据，对影响大型渡槽体型系数的诸多因素进行了较全面的归纳和分析，揭示了渡槽体型系数随着槽体高宽比、风攻角及空槽和满槽的不同而变化的特点和规律。 第四章，采用CFD数值模拟方法，对渡槽体型系数进行了实例计算，并将计算结果与风洞试验数据进行比较，以此来验证风洞试验的准确性以及CFD模拟的可行性。 第五章，根据风洞试验和CFD数值模拟的方法，综合得出了渡槽体型系数的变化规律，并展望了该课题需要进一步研究的内容。

目录

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第1章绪论

1.1风及风对结构的作用

1.1.1平均风的特性

1.1.2脉动风的特性

1.1.3风对结构的作用

1.2风工程的研究方法

1.2.1理论分析方法

1.2.2风洞试验与现场观测方法

1.2.3 CFD数值模拟方法

1.3渡槽结构的抗风研究

1.3.1南水北调工程与渡槽结构

1.3.2渡槽结构体型系数研究现状

1.4本文研究的意义及实用价值

第2章大型渡槽体型系数的风洞试验

2.1风洞试验的理论基础

2.1.1大气边界层风特性的风洞模拟

2.1.2模型风洞试验的相似准则

2.1.3模型缩尺的决定方法

2.1.4实验风速的决定方法

2.1.5模型实验的时间尺度

2.2试验概况

2.2.1风洞设备

2.2.2测量系统

2.2.3模型制作和测点布置

2.2.4试验工况和数据采集

第3章大型渡槽风洞试验的结果与分析

3.1渡槽体型系数计算方法

3.1.1各测点的体型系数

3.1.2分块体型系数

3.1.3结构整体体型系数

3.2二槽结构在风洞试验中的体形系数

3.2.1二槽空槽在不同风攻角下的体型系数

3.2.2二槽满槽在不同风攻角下的体型系数

3.2.3二槽结构在不同高宽比下的体型系数

3.3三槽结构在风洞试验中的体形系数

3.3.1三槽空槽在不同风攻角下的体型系数

3.3.2三槽满槽在不同风攻角下的体型系数

3.2.3三槽结构在不同高宽比下的体型系数

3.4本章小结

第4章CFD数值模拟与风洞试验数据的对比

4.1 CFD数值模拟基本理论概述

4.1.1流体运动的基本控制方程

4.1.2控制方程离散方法

4.1.3湍流模型

4.1.4网格划分

4.5.5边界条件

4.2二槽结构体形系数的CFD模拟验证

4.2.1二槽空槽在不同风攻角下的CFD模拟验证

4.2.2二槽满槽在不同风攻角下的CFD模拟验证

4.2.3二槽结构在不同高宽比下的CFD模拟验证

4.3三槽结构体形系数的CFD模拟验证

4.3.1三槽空槽在不同风攻角下的CFD模拟验证

4.3.2三槽满槽在不同风攻角下的CFD模拟验证

4.3.3三槽结构在不同高宽比下的CFD模拟验证

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1本文工作总结

5.2未来研究工作展望

参考文献

个人简历 在校期间发表的论文

致谢