地面粗糙度對結構龍卷風荷載影響的研究.pdf

1、龍卷風是一種超強的旋風，具有極大的破壞力。鑒于龍卷風發(fā)生的概率非常小，現今國內《建筑結構荷載規(guī)范》中還沒有列出結構抗龍卷風設計的相關條款。然而，在設計核電廠等一些極其重要設施時，則必須明確考慮結構遭遇龍卷風的因素。地面粗糙度不僅是氣象學中常用的一個重要參數，同時也是決定龍卷風風場結構的一個重要參數。因此本文所研究的地面粗糙度對龍卷風風場特性及建筑表面荷載的影響可為后續(xù)研究龍卷風提供一定的有用信息，也可為核電廠等極其重要的結構抗龍卷風設計

2、及選址提供一定的參考。本文主要研究內容如下:
　　1、基于CFD數值模擬方法，對不同漩渦比作用下的龍卷風風場特性進行了研究。為研究多漩渦龍卷風場結構的特征，利用大型流體軟件FLUENT14.5的SST k-ω湍流模型模擬了三種典型漩渦比值為0.28、0.5及1.0的龍卷風場，通過離散相模擬技術得到了準靜態(tài)龍卷風的結構形態(tài)圖。分析了不同漩渦比作用下龍卷風切向速度曲線變化圖及速度矢量圖的分布特征。并對不同漩渦比龍卷風場中的建筑物表面風

3、壓系數進行了模擬。結果表明，多漩渦龍卷風作用下的結構表面風壓系數絕對值更小。
　　2、同樣基于CFD數值模擬方法，研究了B類地形下的地面粗糙度(y0為0、0.1及0.25)對龍卷風近地風場產生的波動而對建筑物表面荷載所造成的影響。根據上文結果選取了漩渦比值為0.5，并把均勻砂粒模型作為等效地面粗糙度，較詳細地分析了地面粗糙度作用下龍卷風風場結構特征及建筑物表面風壓系數的分布情況。結果表明，地面粗糙度起到了減小龍卷風核心半徑以內的切

4、向速度及增強龍卷風核心半徑外的切向速度的作用，并造成龍卷風的核心半徑變大;隨著粗糙度的增大建筑物表面風壓系數的絕對值也隨之變大。
　　3、為更加真實研究龍卷風對結構荷載的影響，研究了地面粗糙度對平移龍卷風結構荷載的影響。利用CFD數值模擬研究了平移龍卷風與靜態(tài)龍卷風場特征的區(qū)別，其中平移龍卷風核心半徑處的最大切向速度明顯大于靜態(tài)龍卷風;并分析了在地面粗糙度作用下的平移龍卷風結構表面風壓系數的變化規(guī)律。結果表明，建筑物表面分布的風壓