考虑流固耦合作用的大跨度膜结构风致干扰效应研究
大跨度膜结构是典型的风敏感结构，风荷载是大跨度膜结构的主要控制荷载。目前国内外大跨度膜结构抗风设计理论尚不成熟，其中风与膜结构的流固耦合作用成为了限制膜结构抗风设计理论发展的瓶颈，成为大跨度膜结构抗风设计亟需解决的重点问题之一。同时在城市化高速进行的今天，大跨度膜结构大多不是独立存在的，其周围的已有建筑或新建建筑会影响大跨度膜结构周围的风场分布，产生风致干扰效应，进而改变膜结构周围的风场分布。但目前对类似膜结构这类柔性建筑物的风致干扰效应的研究还十分有限。为此，本文研究考虑流固耦合作用的大跨度膜结构的风致干扰效应，揭示大跨度膜结构在周围建筑物干扰下的风压分布特性和流固耦合作用机理，以期对此类柔性建筑的抗风设计和工程实践提出有益的参考。 本文基于计算流体力学原理，采用数值模拟手段研究了考虑流固耦合效应的大跨度膜结构的风致干扰效应，具体研究内容如下: 1、以工程中应用广泛的大跨度半球形膜结构为研究对象，采用不同的湍流模型以充分考虑湍流影响，分别研究了考虑流固耦合作用时不施加干扰建筑物，以及周围有一栋干扰建筑物时，结构表面的平均风压分布特性。首先当大跨度膜结构周围无干扰建筑物时，研究了不同风速时大跨度膜结构屋盖表面风压分布。然后在大跨度膜结构屋盖流场上游放置了矩形的干扰建筑，研究了干扰建筑物在不同间距和不同风向角下大跨度膜结构屋盖表面的风压分布规律。统计分析了各测点的风压系数，制作得到了各测点的风压系数折线图。最后将得到的数据与周围无干扰建筑物时的数据进行对比，总结风致干扰效应对大跨度膜结构屋盖的风压分布规律的影响。 2、考虑流固耦合作用时，研究了大跨度半球形膜结构周围存在多栋干扰建筑物时结构表面的风压分布特性。在膜结构流场上游不同间距放置两栋干扰建筑物，采用不同的湍流模型，研究了在不同风速和风向角下膜结构表面的风压分布特性。选取大跨度膜面来流风向上不同的测点绘制平均风压系数曲线，并对风压系数曲线进行分析，分析得到了不同参数设置下半球形大跨度膜结构的平均风压分布规律。同时与周围无干扰建筑物的工况进行对比分析，总结出周围多栋干扰建筑对大跨度膜结构表面风压系数分布的影响规律。
大跨度膜结构;风致干扰效应;风压分布特性;流固耦合作用
辽宁工程技术大学
硕士
建筑与土木工程
孙芳锦
2017
中文
TU312.1
69
2018-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）