下击暴流下格构式塔架受力与稳定论文综述

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1、下击暴流下格构式塔架的受力与稳定论文综述前言：为研究下击暴流下输电线塔的破坏情况及其预防，本人进行了这次论文综述的工作。本文分四部分，分别是1.下击暴流的概念及特征2.下击暴流的数值模拟3.下击暴流的风荷载模拟4.下击暴流作用下格构式塔架的倒塌过程分析1.下击暴流的概念与特征1.1概念下击暴流为雷暴天气中强下沉气流冲击地面后向四周扩散引起的冲击性的近地面强风。根据所引起的近地面强风的影响范围，下击暴流可进一步分为宏下击暴流和微下击暴流。宏下击暴流指下击暴流引起的地面强风在水平尺度上超过4km，微下击暴流指下击暴流引起的地面强风在水平尺度上小于或等于4km。1.2特征（1）

2、尺度特征。产生下击暴流的下沉气流最初形成与距离地面高度为H=2100m至H=4100m的冷空气团云底位置。下沉气流的初始出流直径介于D=600m和D=1700m之间。（2）速度特征。下击暴流的风速剖面中最大风速值出现在距地面非常低的高度。平均而言，相对于初始出流直径D=1800m的下击暴流风，其风速最大值出现在距离下沉气流冲击地面点水平距离约r=1500m，高度H=80m的位置。同传统大气边界层风的风速随高度增加而增大明显不同，下击暴流风在近地面区域迅速增大到最大值，随后随高度增加而迅速减小。（1）随机特征。同传统大气边界风常被看作各态经历的平稳随机过程不同，下击暴流过程

3、一般伴随风暴中心的移动，为典型的非平稳过程。（2）气压特征。下击暴流的风场中存在着明显的气压变化过程。Fujita推断，这种剧烈的压力变化可能达到2至3KPa。下击暴流风场中剧烈变化的压力场对相关的工程结构风荷载设计取值会产生相当大影响。当前研究对下击暴流的特征的认识已经比较全面，对径向和竖向风剖面的的数值模拟与现场实测数据有较好吻合度，下击暴流对输电线塔的破坏作用已引起各国结构设计人员的重视，个别国家在设计规范里明确了要考虑下击暴流破坏的因素，可见下击暴流对塔架结构的破坏是常见的，研究它是必要的迫切的。2.下击暴流的数值模拟下击暴流的研究方法有现场实测，解析模型，实验室

4、物理模拟和数值模拟，其中以数值模拟是最重要的一种研究手段。风工程界最关心的是下击暴流撞击地面后产生的近地面辐散大风的风场特征及对结构的荷载效应，主要采用CFD数值模式模拟高精度的理想下击暴流近地风场。采用CFD数值模拟主要应注意以下三个方面：2.1风场模型目前从结构风工程角度开展的下击暴流数值模拟主要依据了两个基本的风场模型，即环涡模型和冲击射流模型。如图：据Wan使用解析和数值模拟两种方法比较发现，在高空位置冲击射流模型能较准确描述下沉气流形态，在中控位置则能更好地描述环形涡，在京地面位置尤其是下沉气流冲击地面后扩散过程的描述冲击射流模型更为准确。近年来基于冲击射流模型

5、开展的许多下击暴流物理模拟实验结果页表明该模型同实测数据吻合。2.2边界条件当前基于冲击射流模型的下击暴流数值模拟的边界条件通常设置如表所示2.3湍流模型与网格通常，雷诺应力湍流模型（RSM模型）常常被认为是下击暴流数值模拟中兼顾了计算精度和计算耗时的最佳选择。RSM模型属于高雷诺数模型，在固体壁面附近，由于分子黏性作用，湍流脉动受到阻尼作用，雷诺数很小，RSM湍流模型不再适用，此时，大多数下击暴流模拟者采用增强壁面处理的近壁面模型来修正RSM模型，以模拟近壁区的复杂流动现象。近壁面首层网格至壁面的无量纲距离满足，其中。利用下击暴流的数值模拟，我们可以得到下击暴流形成、下

6、沉与扩散的全过程数值仿真。其中包括了下击暴流冲击地面前后的风场特征，下击暴流的瞬态风速特征，下击暴流的风剖面特征等。这些数值与特征对于我们将下击暴流的影响应用于结构风荷载作用具有重要意义。3.下击暴流的风荷载模拟要研究下击暴流下结构的受力与稳定，就必须要知道下击暴流作用下结构的响应特征和破坏模式，为此，需要获得下击暴流的风荷载。3.1下击暴流风荷载的基本模型为与普通近地风荷载的描述方法保持一致，将作用在结构上的下击暴流荷载写成随时间变化的平均部分和脉动部分之和，即U(z，t)=(z，t)+u（z，t)式中，(z，t)为随时间变化的平均风速；u(z，t)为脉动风速，是一0均

7、值的随机过程。与普通近地风不同的是，下击暴流荷载时程是一个非平稳的随机过程。下击暴流平均风速(z，t)是通过风速时程在一定时间步长内进行数据平均的方式获得的，故而是一种瞬时平均的时变过程。而下击暴流脉动风速也并不一定服从高斯分布，但这里假定它服从高斯分布。3.2下击暴流风荷载的平均成分假定不同高度处的下击暴流平均风速同时达到最大值，这样任一高度处的瞬时平均风速可表示为一最大平均风速V(z)和一最大值为1的时间函数f(t)之积，即(z，t)=V(z)×f(t)Oseguera、Vicroy、Wood分别提出了3种最大平均风速模型