地面粗糙度對結(jié)構(gòu)龍卷風(fēng)荷載影響的研究.pdf

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

2、及選址提供一定的參考。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　1、基于CFD數(shù)值模擬方法，對不同漩渦比作用下的龍卷風(fēng)風(fēng)場特性進行了研究。為研究多漩渦龍卷風(fēng)場結(jié)構(gòu)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(fēng)場，通過離散相模擬技術(shù)得到了準(zhǔn)靜態(tài)龍卷風(fēng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)圖。分析了不同漩渦比作用下龍卷風(fēng)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(fēng)場中的建筑物表面風(fēng)

3、壓系數(shù)進行了模擬。結(jié)果表明，多漩渦龍卷風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓系數(shù)絕對值更小。
　　2、同樣基于CFD數(shù)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(fēng)近地風(fēng)場產(chǎn)生的波動而對建筑物表面荷載所造成的影響。根據(jù)上文結(jié)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(xì)地分析了地面粗糙度作用下龍卷風(fēng)風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征及建筑物表面風(fēng)壓系數(shù)的分布情況。結(jié)果表明，地面粗糙度起到了減小龍卷風(fēng)核心半徑以內(nèi)的切

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