结构风场数值模拟技术与现场实测方法研究

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在这科学技术与建筑技术日新月异的时代,建筑设计理念也随之不断更新,人们越来越青睐于结构新颖且外形美观的复杂空间结构,使得现代建筑结构向更高、更大、更柔的方向发展,但同时风荷载也逐渐成为这些结构主要的控制荷载。本文针对目前结构抗风现状,主要研究内容如下:  (1)从目前的研究现状来看,采用CFD方法进行结构风场的模拟和计算是可行的,但如何合理的构造建筑结构风场,仍未形成相对系统和成熟的理论和方法。因此本文以TTU模型为研究对象,选取不同的阻塞率进行数值模拟研究,并将最后的模拟结果与T J-2风洞试验结果进行比较,以确保数值模拟的准确性,最后对各个不同阻塞率下的数值模拟结果进行比较分析,结果表明:RNGκ-ε湍流模型大体上能较好地模拟TTU模型表面风压变化规律;随着阻塞率的减小,数值模拟结果更接近风洞试验;选用合适的阻塞率可以有效减少工作量。  (2)在研究阻塞率对风压系数影响的基础上,为进一步研究流场大小对数值模拟分析的影响,本文计算了不同流场尺寸下的长方体结构模型的流场,并将各模型的计算结果进行了比较分析,较系统地研究了单体建筑物在不同流场断面高度、宽度,来流、尾流长度等尺寸变化影响下,结构表面的风压特征及风压系数变化规律,结果表明:流场高度主要影响迎风面的风压系数,流场宽度的变化主要影响了结构迎风面以及结构两侧的风压系数分布,流场的长度的影响集中在迎风面和背风面。  (3)目前对阶梯型大跨屋盖这种复杂结构表面风压的研究资料很少,为此本文以镇江市体育会展馆为研究对象,选用RNGκ-ε湍流模型以及选取合适的边界条件,对该结构进行了0度和180度风向角下的数值模拟。对数值模拟得出的结果进行分析与总结,并与T J-3风洞试验数据进行对比,验证数值模拟的可靠性。重点分析了沿风向断面各测点的风压系数规律,同时对屋盖表面进行分区域研究,可以看出阶梯型大跨结构屋盖部分基本都为负压,并且屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响;从横截面各测点模拟结果可知,阶梯型屋盖屋檐处风压系数较转角凹处要小。  (4)对某一膜结构进行现场实测研究,先对各个传感器标定与调试,在初步进行了现场实测,为确保后期试验能够正常使用提供保障。
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