平屋面风雪流作用及响应

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1、国内图书分类号：TU312+.1密级：公开国际图书分类号：624.04西南交通大学研究生学位论文平屋面风雪流作用及响应国家自然科学基金资助项目（编号：51378428）年级2015级姓名刘志祥申请学位级别工学硕士专业结构工程指导老师赵世春教授余志祥副教授二零一八年五月二十日ClassifiedIndex:TU312+.1U.D.C:624.04SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSNOWDRIFTACTIONANDRESPONSEOFTHEFLATROOFSTRUCTURALProjects

2、upportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNo.51378428)Grade:2015Candidate:LiuzhixiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:StructureengineeringSupervisor:Pro.ZhaoshichunDoc.YuzhixiangMar.20,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要大跨度屋盖结构由于其质量轻，刚度小，对风雪荷载较为敏感，因此在结构设计时应特

3、别关注。现有的荷载规范和标准对于这两种荷载均适用于简单形式的屋面，且未考虑风场作用下的雪荷载不均匀分布，也没考虑风雪联合作用下对结构影响。而这些因素在一定程度上导致了屋盖结构的倒塌。针对建筑屋面风雪流作用的研究，主要方法包括实地测量，风洞试验和数值仿真，研究对象主要包括平屋面、阶梯屋面、双坡屋面和拱形屋面，但对某一特定屋面形式缺乏系统地参数分析，屋面风吹雪作用机理还需进一步研究。本文首先从研究方法层面对国内外研究现状进行简单回顾，归纳和总结了风致雪漂移的相关基础理论，结合风洞试验和数值仿真的方法对平屋面上的积雪分布特性展开研究，并在此基础上，研

4、究了风雪联合作用下结构的响应特性，主要工作如下：（1）结合风吹沙的理论背景，通过对雪粒子进行受力分析，推导了雪粒临界启动风速的表达式，给出简化的雪粒跃移轨迹模型。（2）基于相似理论要求，采用石英砂模拟雪颗粒，对平屋面上积雪分析特性进行研究，着重关注了屋面跨度和来流风速变化对屋面积雪总体形态、积雪深度系数、质量输运率和质量流率的影响。（3）采用混合两相流模型与分阶段准动态算法相结合的方式在FLUENT中对6m/s工况下的平屋面积雪分布进行数值模拟，分析了积雪边界的时态变化特性，同时结合风洞试验结果，验证了该数值方法的有效性。（4）基于倾斜摄影技术

5、逆向重构得到风洞试验后屋面积雪分布形态，建立不同积雪形态屋面的数值计算模型，分析了积雪形态的改变对流场的干扰特性。（5）以某单层平面网架结构为例，在考虑屋面积雪形态和积雪附加质量条件下，采用数值模拟的方法对比研究了风雪荷载联合作用下结构的动力响应特性。关键字：平屋面，风雪流，风洞试验，数值计算，质量输运率和流率，动力响应。西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractDuetolightweightandsmallstiffness,thelarge-spanroofstructureissensitivetowindandsnowlo

6、ads,soasforstructuraldesign,thespecialattentionshouldbepaidto.However,thecurrentloadcodesandstandardsareonlyapplicabletosimpleformsofroofforbothtypesofloads,whichdonotconsidertheunevendistributionofsnowloadsundertheeffectofwindfield,nordotheytakeintoaccounttheeffectofwindand

7、snowonthestructure.Thesefactors,tosomeextent,ledtothecollapseoftheroofstructure.Themainmethodsfortheresearchofbuildingroofsnowfloweffectincludefieldmeasurements,windtunneltestsandnumericalsimulations.Theresearchobjectsmainlyincludeflatroofs,steppedroofs,doublesloperoofsandar

8、chedroofs,However,thereisalackofsystematicparametricanalysisofaparticularro