蓄滞洪区洪水作用下房屋表面压力及区域流场的数值模拟与分析

摘要

本论文研究内容来源于中国建筑科学研究院关于国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》修订工作的一部分。我国是一个洪水灾害十分严重的国家。近年来，洪水造成的损失不断上升，蓄滞洪区作为一种防洪减灾的手段，越来越受到国家的重视。而且，随着生活水平的提高，当地居民对于房屋的安全性有了更高的要求。因此，本文根据计算流体力学的原理和方法，利用流体计算软件对蓄滞洪区洪水作用下房屋表面压力及区域流场进行数值模拟与分析。
　　本文主要研究内容如下:
　　(1)建立不同开洞形式的房屋模型。利用流体力学软件FLUENT，对洪水作用下房屋表面压力及区域流场进行数值模拟。分析不同开洞率、不同开洞位置和不同墙面开洞时房屋表面的压力分布及区域流场的变化。
　　(2)建立单层双开间房屋模型。对不同洪水作用下房屋表面压力进行数值模拟。分析不同流速和不同水深时房屋迎流面、房屋侧面、房屋背流面的压力分布。
　　(3)利用(2)中房屋表面压力，应用有限元软件Ansys-Workbench对钢筋混凝土房屋进行单向流固耦合数值模拟。分析钢筋混凝土房屋结构在洪水作用下的变形和应力分布，确定房屋结构在洪水作用下的薄弱位置。
　　本文的研究工作为《蓄滞洪区建筑工程技术规范》的修订工作提供参考，为蓄滞洪区房屋的抗洪设计和加固提供依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 蓄滞洪区关于建筑结构的研究

1．3．2 蓄滞洪区洪水对建筑物的作用

1．3．3 洪水演进模型的研究

1．3．4 洪水荷载模拟研究

1．4 本文研究内容

2 流场数值模拟方法

2．1 洪水水流特性

2．2 钝体绕流特性

2．3 计算流体动力学基础

2．3．1 计算流体动力学控制方程

2．3．2 湍流数值模拟方法及湍流模型

2．4 离散化基本方法

2．5 近壁区壁面处理

2．6 多相流模型

2．7 流固耦合理论

3 房屋开洞对房屋表面压力及区域流场影响的分析

3．1 数值分析模型的建立

3．1．1 房屋模型及工况确定

3．1．2 计算域尺寸设置

3．1．3 网格划分

3．1．4 边界条件设置

3．2 开洞率对房屋表面压力及区域流场影响的分析

3．2．1 不同水平面洪水流速变化

3．2．2 不同纵截面洪水流速变化

3．2．3 房屋表面压力分布

3．3 开洞位置对房屋表面压力及区域流场的影响

3．3．1 不同水平面洪水流速的变化

3．3．2 房屋表面压力分布

3．4 不同墙面开洞对房屋表面压力及区域流场影响

3．4．1 不同水平面洪水流速变化

3．4．2 不同纵截面洪水流速变化

3．4．3 房屋表面压力分布

3．5 小结

4 不同流速和水深时房屋表面的压力分布

4．1 数值分析模型的建立

4．1．1 房屋模型

4．1．2 计算域尺寸

4．1．3 网格划分

4．1．4 边界条件设置

4．1．5 工况设置

4．2 不同流速时房屋表面的压力分布

4．2．1 迎流面压力分布

4．2．2 侧面压力分布

4．2．3 背流面压力分布

4．3 不同水深时房屋表面的压力分布

4．3．1 迎流面压力分布

4．3．2 侧面压力分布

4．3．3 背流面压力分布

4．4 小结

5 蓄滞洪区钢筋混凝土房屋结构流固耦合分析

5．1 模型介绍

5．2 荷载的传递

5．3 不同流速时结构反应分析

5．3．1 变形分析

5．3．2 应力分布

5．4 不同水深时结构反应分析

5．4．1 变形分析

5．3．2 应力分布

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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