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.     

北京南站屋面雪荷载分布研究

基于空气相和雪相的关系为单向耦合的假设,采用了两相流理论模拟了风作用下雪的漂移过程。对通用流体软件FLUENT进行了二次开发,计算了在风作用下积雪发生迁移后屋盖表面的雪压分布,并对雪荷载改变量以及雪压分布的规律进行了分析,为结构设计提供了依据。     

于家堡贝壳形单层网壳不均匀雪荷载研究

于家堡单层网壳体型较复杂,对雪荷载的选取应谨慎.基于CFD技术分别采用求解雪相控制方程和MIXTURE多相流模型对网壳表面风致雪漂进行数值模拟,得到屋盖表面雪沉积与侵蚀后形成的不均匀雪荷载.两种求解方法得到的雪荷载分布较一致,屋盖迎风面发生积雪侵蚀,随屋盖高度增加雪荷载呈抛物线形减小,至屋盖顶部天窗两侧雪侵蚀作用最大、雪压最小,天窗后部背风面处发生积雪沉积.对结构的静力和整体稳定性能进行分析,在不均匀雪荷载作用下天窗两侧部分杆件应力较均匀雪荷载时增大10%,结构极限承载力增大3%.     

大跨屋盖结构风致雪飘移研究方法以及防治措施

介绍了大跨屋盖结构风致雪飘移问题原理与危害性,并简述了CFD及FAE方法在计算风致屋盖表面积雪分布系数中的研究现状及应用,通过分析结果与现有规范的对比,找出现有规范不足之处,给出了合适的调整范围,以更好的预测风致屋盖积雪分布系数,减少建筑倒塌破坏。     

大跨度屋盖表面风致雪压分布规律研究

采用了两相流理论模拟风荷载雪漂作用,认为空气相和雪相的关系为单向耦合,雪在风(空气相)的作用下发生漂移,基于此对通用流体软件FLUENT进行了二次开发。以一实际大跨屋盖结构--北京首都机场3号航站楼T3A为研究对象,首先将风洞试验测得的屋盖表面风压分布数据与计算流体动力学(computational fluid dynamics)计算结果进行了对比,两者的一致性一定程度上证实了风致雪漂计算方法的准确性。接着细致分析了几个主要参数(湍流模型的类型、阀值摩擦速度及来流风速、风向等)对屋盖表面雪压变化的影响。结果表明,相对标准k-ε模型而言,可实现k-ε模型得到的结果有更多的沉积区域;随着阀值摩擦速度的提高或来流风速的降低,沉积率相应增大。     

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.     

双坡屋盖积雪分布特性及积雪密度研究

基于Snow Fork雪特性分析仪对屋盖表面及地面积雪密度进行精细化实测研究,详细考察雪厚度、温度、沉积时间等因素对积雪密度的影响规律。此外,对双坡屋盖不均匀分布特性进行实测研究,并与《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)进行对比。通过地面和屋面雪荷载特性实测研究表明,建筑屋面积雪密度大于地面积雪密度;不同厚度位置积雪密度大小不同,中间积雪层的积雪密度较大,上层和下层积雪密度较小。一天不同时间内中午的积雪密度较大。通过双坡屋盖模型实测研究发现,对于相邻两个屋盖,屋盖迎风面雪荷载分布系数较背风面分布系数小。利用所进行积雪密度和双坡屋盖雪分布特性研究有助于明确屋盖表面雪荷载大小,为工程设计提供建议。     

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。     

基于CFD-DEM耦合的屋面积雪分布数值模拟

针对风雪流作用下低矮建筑屋面积雪分布特征预测问题,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元方法(discrete element method,DEM)的耦合,研究了风雪流的数值模拟方法,包括风雪耦合状态下的流体运动方程、雪颗粒运动方程、流体-雪颗粒耦合控制方程及雪颗粒碰撞模型,建立了基于实测的雪颗粒材料参数、碰撞参数、边界控制条件和耦合计算方法等,并采用该方法对Tsuchiya阶梯型屋面的积雪模式进行了数值模拟。结果表明:模拟结果与野外实测及风洞试验结果取得了较好的一致性,验证了该方法的有效性;低屋面积雪对风场干扰较为显著,低屋面末端处的无量纲水平风速从无积雪分布时的-0.4增加为有积雪分布时的0,明显削弱了屋盖积雪区空气回流漩涡。     

风致不均匀积雪的大跨网架结构工作状态分析

为了保证结构服役安全,有必要对不均匀积雪荷载作用下网架结构工作状态进行分析。采用CFD数值模拟技术,基于准动态网格划分方法,以一正放四角锥网架结构为研究背景,分析了网架结构在持续降雪24 h中的屋面不均匀积雪分布变化情况,并详细探讨了不同风向角和不同风速对网架屋面积雪分布变化情况的影响; 最后建立了该网架结构的有限元模型,分析了不同雪荷载工况的结构工作状态。结果表明:与其他有风条件下的工况相比,风速为12 m?s^-1、风向角为90°时的结构屋面平均雪压和积雪沉积区域占比最大,因此它是结构的最不利工况,该工况的平均雪压是无风条件下均布积雪平均雪压的88.9%,但结构杆件的最大应力值及挠度值却较均布积雪作用时有所增加,而且部分杆件从受拉杆变为受压杆; 风致不均匀积雪是网架结构在服役期间的安全隐患,应在工程设计中予以重视。