索結構流固耦合風振響應分析.pdf

1、索結構廣泛應用于懸索屋蓋、幕墻結構、輸電塔線體系、橋梁結構、桅桿結構等建(構)筑物中,具有質量輕、抗彎剛度小等特性。索結構的風振影響不可忽視,因風振失穩(wěn)導致的事故時有發(fā)生。風荷載具有隨機性與空間相關性,而索結構自身振動特性亦非常復雜,迄今索結構的風振響應研究仍是風工程領域的研究熱點,仍有較多機理性的研究有待推進。目前索結構風振方面的研究已開始考慮流體與結構之間的相互作用即流固耦合效應,但已有的一些流固耦合實驗及數(shù)值模擬多采用節(jié)段模型或二

2、維近似模型,邊界條件等因素的選擇使計算結果具有一定的偏差。本文對長索的全結構三維模型流固耦合效應進行了多參數(shù)模擬分析。針對流固耦合分析方法、索結構振動機理、風振響應分析等方面進行了比較系統(tǒng)的研究。介紹了索結構風工程領域的研究現(xiàn)狀,指出存在的主要問題,并提出本文的研究目標和工作重點。在索振分析方面,本文介紹了結構風環(huán)境的大致情況,闡述了常用的結構振動分析方法,并對最常見的索振類型及其發(fā)生機理進行了探討。在數(shù)值風洞方面,本文介紹了結構風工程

3、領域風洞模型試驗、風速時程數(shù)值模擬技術等方面的進展情況。利用CFD(計算流體力學)數(shù)值風洞技術對封閉式雙坡屋面及封閉式拱形屋面兩類建筑屋面風壓分布特性進行了模擬,與規(guī)范進行對照驗證了數(shù)值風洞技術的可行性。在流固耦合方面,本文介紹了計算流體動力學及計算結構動力學的基本原理,分析流固兩相介質交界面處的耦合機理,接著討論了流固耦合分析方法的研究進展,并簡要介紹了本文采用的ANSYS-CFX環(huán)境的計算流程和基本原理。在長索風振響應分析方面,本文

4、針對穩(wěn)態(tài)風場中的流固耦合響應進行了多參數(shù)計算分析,與不考慮流固耦合效應的結果進行了對比得出一些有關的結論。首先對圓截面單索進行分析,針對不同的索傾角、風向角、風速及預應力水平等多種工況,分別建立了計算模型,采用層流模型與k-ω湍流模型對比計算,分析研究了節(jié)點位移時程曲線及索表面點風壓時程曲線等風振響應特性。對D字形截面的水平索,計算了三種不同風速條件下的風振響應曲線。然后對兩并列長索及兩串列長索進行了流固耦合風振響應分析,并研究了不同間