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空间结构“造型—减风压”方法的探索

作　者: 高超
导　师: 吴永诚；王秀丽
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 空间结构单层球面网壳流-固耦合表面静风压力几何造型减风压方法
分类号: TU312.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大跨度空间结构以强大的空间覆盖能力、生动的造型表现能力以及灵活的内部空间布置能力而在各种场合得到了广泛的应用。然而该种结构也有其先天的不足:质量轻、柔性大、阻尼小——并且还在向着更轻柔的方向发展,可以预料其风敏感性还将不断增强——这使得风荷载对此类结构设计的主导影响日甚一日。学者和工程师们为了应对结构的风致破坏提出了很多种理论,并且在高耸结构和桥梁结构中取得了很好效果。但是迄今为止,对于大跨度空间结构的风振问题,我们缺少合理成熟的理论,体现在工程中便是缺乏一套在理论上相对准确、在使用上较为简单的规范来指导实际的工作。实际上,因为对风荷载特性认识的不充分而导致该种结构的围护结构因风荷载破坏的事故时有发生。有鉴于此,本文以网壳为母本,改造其围护结构的形状,以期寻找一种方法来改善大跨度空间结构表面静风压力的分布。本文进行的工作主要如下:1.应用有限元软件ANSYS-CFX,通过流-固耦合(FSI),以简单规则的几何造型为承风载体进行风场仿真,对文中将要采用的计算方法进行了可信度的评价。通过对比仿真结果与类似条件的风洞试验的结果,可以看出所采用的流体模型、边界条件的设置都是合理的,ANSYS-CFX的仿真结果可用;2.以肋环型球面网壳表面为风场的部分边界模拟风场。通过12种不同的边界初步探讨了网壳围护结构几何造型的不同对风场风速、风场边界静风压力分布的影响。结果显示,肋型改造和斜肋型改造较环形改造效果显著。3.将肋型改造应用到施威徳勒-肋环型单层球面网壳上、斜肋型改造应用到凯威特(K6)型单层球面网壳中,探讨围护结构表面的静风压力分布。对两种网壳均进行不同参数的改造,并选取了各自改造效果最好的方案进行结构计算,分析改造方案对主体结构的安全度的影响。结果表明,在几何参数选择合适的情况下,造型方法能显著地减少静风压力危险区的面积。这种造型方法对研究如何改善其它形式的风敏感结构的表面静风压力分布也有启发意义。

空间结构“造型—减风压”方法的探索

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