高层建筑风荷载及风致振动的数值模拟

论文摘要

近些年来高层、超高层建筑的不断涌现使得风荷载作为一种典型的动力荷载引起了人们越来越多的关注,而高层结构向更高、更柔的方向发展使得结构与流场的耦合作用也更为显著。本文采用数值模拟的方法,分别对流场中的刚性结构模型和弹性结构模型进行了稳态和瞬态的分析,考虑了结构风致振动变形和流场之间的相互影响,从而更准确地反映结构在风荷载作用下的振动情况。本文的主要研究内容如下:(1)基于CFX流体力学软件,采用不同湍流模型对CAARC刚性模型进行不同方向来流风速的风场和风压模拟,将模拟值与实验值进行对比,分析模拟结果。(2)基于CFX流体力学软件,对某高层结构刚性模型在不同来流风速作用下绕流流场及风压的稳态和瞬态模拟,分析了风压分布和旋涡脱落情况,着重于研究结构横风向的振动,得出了不同高度处升力时程,并加以分析。(3)基于ANSYS Workbench平台,联合使用ANSYS瞬态分析模块和CFX流场分析模块,分别搭建单、双向流固耦合平台,建立某高层建筑的弹性结构模型,在均匀来流情况下,模拟并分析考虑流固耦合作用下风压、流场及结构振动情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 风工程研究情况
• 1.2.2 计算流体动力学现状
• 1.2.3 流固耦合问题研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 刚性结构模型绕流的数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 CAARC 模型绕流场及风压系数分析
• 2.2.1 数值计算模型及其设置
• 2.2.2 数值模拟结果分析
• 2.3 高层建筑刚性模型绕流场分析
• 2.3.1 数值计算模型及其设置
• 2.3.2 不同入口风速流场稳态分析结果
• 2.3.3 不同入口风速流场瞬态分析结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 高层建筑风致振动耦合效应的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 单向流固耦合效应的数值模拟
• 3.2.1 数值计算模型及其设置
• 3.2.2 数值模拟结果及分析
• 3.3 双向耦合效应数值模拟
• 3.3.1 数值计算模型及其设置
• 3.3.2 数值模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢