大跨度屋盖风致积雪重分布的数值模拟

以吉林新火车站为研究对象,在流体计算软件FLUENT 6.3基础上编写相应的UDF后处理程序。基于Euler-Euler体系的两相流理论,采用FLUENT和UDF后处理程序对吉林新火车站周围的风雪运动进行了全尺度的数值模拟,得到了不同风速、风向下屋盖表面风致雪压的不均匀分布情况。结果表明:在风、雪作用后,屋盖以及雨棚上的雪压分布会发生改变,雪压分布非均匀;不同风向下,积雪分布系数的最大值集中在站台雨棚邻近主站房的区域;积雪漂移沉积效应主要受风速影响,风速较大的区域积雪的侵蚀越明显,在风速小的区域积雪沉积量也较大。

低层双齿大棚屋面风致积雪分布研究

为研究低层双齿大棚屋面的风致积雪分布规律,基于FLUENT软件中的Mixture多相流模型,建立了风雪两相流场模型。为验证风雪两相流场的准确性并选择合适的湍流模型,采用k-w, SST k-w和k-kl-w湍流模型分别对立方体周围积雪分布进行数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比以验证数值方法的正确性,进而详细研究了风速、风向角、屋面坡度比和结构双齿长宽比对低层双齿大棚屋面风致积雪分布的影响。结果表明:风雪两相流模型和k-kl-w湍流模型建立的风雪两相流流场可以较好地反映低层双齿大棚屋面的积雪分布情况;大棚屋面积雪厚度随着风速和屋面坡度比增大而减小,且屋面坡度比的影响程度较风速与风向角的影响小;大棚屋面积雪受侵蚀和堆积区域位置随风向角变化而变化;大棚结构长宽比对屋面积雪分布的影响较小;低层三齿大棚屋面和低层四齿大棚屋面的屋面积雪分布系数可参考低层双齿大棚屋面;提出的低层双齿大棚屋面积雪不均匀分布系数可为低层双齿大棚屋面的冬季防雪灾设计提供参考。

风致积雪下的球罐地震响应分析

随着球形储罐结构向着巨型以及轻质化方向发展,球罐对外加荷载(风荷载、雪荷载、地震荷载等)变得更加敏感,因此不得不考虑风致积雪对球罐的影响。运用大型有限元软件ADINA建立了以拉杆为索结构的多体积球罐有限元模型,并对其进行模态分析;同时还研究了风致积雪对球罐地震响应的影响。分析结果表明,在单向地震作用下,风致积雪导致大型球形储罐结构的拉杆应力显著增大,球罐体系的初始水平位移以及刚度都变大,使结构更容易破坏。

不均匀积雪致大跨网架结构局部损伤分析

网架结构管球连接处局部损伤是此类结构的重要安全隐患。在风致雪漂移引起的不均匀积雪荷载作用下,局部损伤会加剧,最终导致结构局部破坏。因此很有必要分析不均匀积雪荷载作用下带伤服役网架结构局部损伤劣化情况。采用CFD数值模拟技术,以一正放四角锥网架结构为研究背景,分析了在90°风向角、12 m/s风速下,持续降雪24 h中网架结构屋面不均匀积雪分布的变化情况,并建立可表征网架结构管球连接处存在裂纹损伤的多尺度模型,分析了网架结构节点存在不同裂纹尺寸局部损伤时,不均匀积雪致网架结构局部损伤劣化程度。结果表明:网架结构风致积雪不均匀程度非常显著,而且当网架结构管球连接处存在局部裂纹损伤时,在降雪中后期,有管球连接损伤的节点大多都出现了不同程度的裂纹扩展,节点为最不利分布的穿透型裂纹时,裂纹扩展最大为15.64 mm。说明在持续特大降雪这种极端荷载作用下,带伤服役网架结构局部损伤将进一步加剧,危及结构使用安全。

大跨度球壳屋盖风致积雪数值模拟及雪荷载不均匀分布系数研究

采用风雪单向耦合方法及单方程雪相模型对大跨度球壳屋盖结构进行风致积雪分析。通过改变风速和矢跨比分别研究屋盖表面积雪和侵蚀沉积量随风速及矢跨比变化的关系。拟合球壳屋盖表面积雪侵蚀量随风速和矢跨比变化的近似公式,建议了球壳屋盖表面雪荷载不均匀分布系数计算式,并与现行建筑结构荷载规范采用的雪荷载不均匀分布系数进行对比。研究结果表明:球壳屋盖表面的积雪侵蚀量与风速呈抛物线关系,与矢跨比呈线性关系;计算得到的球壳屋盖表面的雪荷载不均匀分布系数与ISO国际标准草案规定较为接近。

单坡屋盖风致积雪数值模拟研究

采用单方程雪相模型,利用CFD软件FLUENT及其UDF二次开发接口编程对单坡屋盖结构进行风致积雪数值模拟.通过不同跨度、不同风速、不同倾角的单坡屋盖模型研究屋盖表面积雪侵蚀沉积量随风速及倾角变化的关系,并拟合近似公式.利用本文建议的积雪分布系数公式得出某工况下单坡屋盖表面积雪分布,并与各规范值进行对比.本文结果显示单坡屋盖表面积雪不均匀分布较为严重.

拱形屋面风致积雪分析

为掌握拱形屋面积雪分布情况,降低其风雪灾害,通过对积雪现场进行调查,根据积雪实际分布与灾害情况,利用Fluent软件,建立拱形屋面的风致积雪分析模型,考虑空气相相对速度、空气相速度、空气相相对角速度、雪密度等影响因素,模拟拱形屋面风致积雪分布。通过分析,找出影响屋面积雪沉积的主要因素,建立风雪效用湍流模型,进而对拱形屋面积雪产生的压强统计数据开展详细分析,提出拱形屋面积雪不均匀分布系数取值的建议,以弥补我国现行规范对积雪均匀分布系数取值考虑较充分,对不均匀分布系数取值考虑不足的情况。

风吹雪数值模拟的两方程模型方法

采用两相流理论,根据雪颗粒的运动机理,提出了新的两方程数值模型方法,认为跃移层传输方程中的源项与壁面摩擦速度、雪层阀值摩擦速度的相对大小有关,并引入待定系数来确定源项的缩放比例。接着基于数值试验的方法开展参数分析,采用将不同参数条件下的跃移质量浓度与经验公式结果进行比较的方法来确定待定系数。为了验证该方法的适用性,对开阔场地条件下的风致积雪运动进行了模拟,并与实测数据进行了比较。结果显示,数值模拟结果与实测数据吻合较好,能够定量地重现风致积雪运动的重要特性。模拟的跃移层雪质量浓度与实测结果比较一致;而悬移雪质量浓度偏高。总质量传输率的模拟结果落在实测值范围之内。

铜仁奥体中心体育场车辐式张拉索膜罩棚结构设计研究

针对铜仁奥体中心体育场椭圆形车辐式张拉索膜罩棚结构,对其结构体型、雪荷载分布、整体稳定性、抗倒塌性能、索夹抗滑移承载力进行了专项研究。研究结果表明:车辐式索网结构内环与外环平面投影形状相似,径向索沿环索法向布置为力学状态最优方式,可使屋盖整体结构为重力作用下自平衡体系;外环采用冗余度较高的水平桁架可显著减小径向索破断后内环形状突变对外环受力的影响;利用风致积雪试验确定雪荷载分布;根据极限承载力分析,验证了增加内环交叉拉索可显著提高结构整体稳定性;通过抗倒塌分析,保证了整体结构在偶然断索状况下的安全性;最后,通过试验确定了环索索夹抗滑移承载力。

雪面侵蚀系数及其概率分布研究

近年来,计算流体动力学(CFD)的方法被应用于对风致积雪漂移运动进行数值模拟。其中,雪面侵蚀系数是一个重要参数,计算时通常假定其为一个常数。为了探讨雪面侵蚀系数的影响因素,基于空旷风场条件推导了计算雪面侵蚀通量公式中侵蚀系数的表达式,将其表达为空气密度、雪颗粒密度、雪颗粒粒径及雪颗粒粘结强度的函数,分析了这些参数对侵蚀系数取值大小的影响,给出了其概率分布特性及对应的取值范围,对其工程应用提出了适当的建议。