大跨度空间结构风荷载数值模拟及风振响应研究

摘要

近年来,大跨度、复杂体型建筑物大量涌现。随着我国国民经济的发展,人们生活水平的提高,社会对空间结构尤其是大跨度空间结构的需求日益增加。大跨度结构是一种柔性结构,对风荷载的作用十分敏感。在结构设计中,风荷载往往成为这类结构的主要控制荷载。由于大跨度空间结构体型复杂,我国荷载规范所能提供的风载体型系数十分有限,开展大跨度空间结构风荷载的研究具有重大的现实意义。
　　 目前风荷载的研究手段主要包括现场实测、风洞试验和数值模拟。本文采用风洞模型试验和计算机数值模拟相结合的方法,对大跨度空间结构的风荷载分布、风振响应以及风振系数进行了系统研究,取得了一些有意义的结论。
　　 基于计算流体力学(CFD)的风工程数值模拟技术因其具有适应性强、周期短、费用低等优势,正逐步成为结构风工程研究的一种重要手段。基于FLUENT软件平台建立建立了复杂的合肥火车南站的模型,对其周围风环境进行了数值模拟,计算出了模型各个测点的平均风压系数,与风洞试验数据进行对比分析,详细分析了火车站周围风场的分布,得出结论:在不同风向角时,除结构转角和悬挑屋檐部以外,数值模拟结果和风洞试验值的一致性比较高。以上研究表明,建立合理的数值模型可以获得满足工程实践要求的计算结果,风荷载的数值模拟具有很高的工程实践价值。
　　 运用有限元分析软件ANSYS,采用时程分析方法,在有限元建模的基础上,利用数值模拟技术得出的脉动风压时程,计算出合肥火车南站屋盖的位移风振系数。计算表明,采用的方法准确、有效,在实际工程设计中,采用位移风振系数来计算等效静力风荷载是可行的、方便的。
　　 利用计算所得的大跨度空间结构分区体型系数及位移风振系数,给出合肥火车南站大跨度屋盖风荷载分布,以供设计参考。