高層鋼結(jié)構(gòu)流體-結(jié)構(gòu)耦合作用風(fēng)致響應(yīng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、高層鋼結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載是比較敏感的結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)確確定結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓情況，以便進一步研究風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用，是非常重要的。目前研究建筑物風(fēng)致動力響應(yīng)主要有現(xiàn)場實測、風(fēng)洞試驗研究、理論分析和風(fēng)工程數(shù)值模擬技術(shù)這幾種方法。伴隨著計算機硬件技術(shù)的迅速提升，數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為人們研究的熱點。但是，目前利用數(shù)值模擬技術(shù)計算處在大氣邊界層中建筑物的風(fēng)致動力響應(yīng)在許多方面還存在很多困難。因此，對高層鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的風(fēng)致響應(yīng)開展系統(tǒng)研究具有十分重要的理論意義

2、和工程實用價值。 本文首先給出了流體一結(jié)構(gòu)耦合作用下流體和結(jié)構(gòu)基本控制方程的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述和求解耦合方程的算法。 然后選取CAARC高層建筑模型這類廣泛標(biāo)準(zhǔn)建筑模型，對其建立了三維實際尺度的計算模型，使用通用有限元軟件ADINA計算其在大氣邊界層中的風(fēng)致動力響應(yīng)。計算用的湍流模型選取了標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型。本部分分別建立“剛性模型”和“彈性模型”。根據(jù)對“剛性模型”的計

3、算，得到結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓分布情況，并與風(fēng)洞試驗比較。分析結(jié)果表明數(shù)值計算結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果基本一致。計算“彈性模型”(即考慮流固耦合作用)，得到結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)和體型系數(shù)。根據(jù)與“剛性模型”結(jié)果的對比，說明了“流固耦合”作用對高層鋼結(jié)構(gòu)的具有明顯的影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)予以考慮。 基于標(biāo)準(zhǔn)建筑模型繞流數(shù)值模擬結(jié)果，本文接下來的工作涉及結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中的實際應(yīng)用問題。本文選取了“高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”(JGJ 99-98)中幾種典型體型