跨度空间结构研究论文提纲

论文题目：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。

关键词：大跨度空间结构;数值模拟;湍流模型;风洞试验;平均风压系数;有限元方法;时程分析方法;风振系数

学科专业：结构工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 大跨度空间结构的发展和现状

1.1.2 结构风灾和风工程

1.1.3 结构风工程在大跨度结构设计中的重要性

1.2 风工程的研究方法

1.2.1 现场实测

1.2.2 风洞试验

1.2.3 数值模拟

1.3 大跨度空间结构抗风研究现状

1.3.1 风振响应研究

1.3.2 刚性模型和气弹模型风洞试验

1.3.3 CFD数值模拟研究

1.4 本文的主要研究内容

第2章 风荷载特性及CFD数值模拟技术

2.1 引言

2.2 近地面风特性

2.2.1 大气边界层

2.2.2 平均风速剖面

2.2.3 脉动风特性

2.3 数值计算基础理论

2.3.1 流体力学的基本方程

2.3.2 数值计算方法

2.4 湍流流动的数值模拟

2.4.1 雷诺平均N-S方程

2.4.2 雷诺应力模型

2.4.3 湍流黏性系数模型

2.5 湍流近壁面的处理

2.6 本章小节

第3章 合肥火车南站刚性模型风洞试验

3.1 引言

3.2 模型制作及试验设备

3.2.1 模型设计及其制作

3.2.2 试验设备

3.3 大气边界层模拟

3.4 测点布置及试验安排

3.4.1 测点布置

3.4.2 试验工况

3.5 试验结果与分析

3.5.1 风压系数的计算

3.5.2 体型系数计算

3.5.3 火车站屋盖平均风压系数分布

3.6 本章小结

第4章 大跨度空间结构风荷载数值模拟

4.1 引言

4.2 火车站屋盖风荷载数值模拟

4.2.1 几何模型的建立和计算流域的选择

4.2.2 网格划分

4.2.3 边界条件

4.2.4 湍流模型

4.2.5 计算求解

4.3 计算结果分析

4.3.1 体型系数对比分析

4.3.2 流场分析

4.3.3 风压系数时程值

4.4 本章小结

第5章 火车站屋盖风振系数计算及风荷载研究

5.1 引言

5.2 火车站屋盖结构自振特性分析

5.3 大跨度空间结构风振响应的时程分析法

5.4 大跨度空间结构风振系数计算

5.5 火车站屋盖风振系数计算结果及其分析

5.5.1 有限元建模

5.5.2 载荷施加方法

5.5.3 计算结果分析

5.5.4 火车站屋盖风荷载分布

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.1.1 大跨度空间结构的平均风压特性

6.1.2 大跨空间结构的风振响应特性

6.2 进一步研究的展望

致谢

参考文献