考虑流体结构耦合作用的双坡网架结构的风致动力响应

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1、2007全国轻型钢结构技术研讨会论文集考虑流体一结构耦合作用的双坡网架结构的风致动力响应刘艳刘振华王卫东周颖．(山东大学土建与水利学院济南250061)张其林(同济大学土木工程学院上海200092)摘要；本文采用ADINA有限元软件对一双坡网架结构进行了流体一结构耦合数值模拟计算，得出了该类结构的风致动力响应特性，流场的速度、压力和结构的特征如位移、等效应力以及风振系数、风压分布系数，可供工程参考使用。关键词：网架结构流体一结构耦合作用风致动力响应风振系数体型系数NUMERICALSIMULATIoNoFFLUID．STRUC

2、TUREINTERACTIONFORWIND-INDUCEDDYNAMICRESPoNSEoFSPACEGRIDSTRUCTURELiuYanLiuZhen—HuaWangW色i—DongZhouYing(SchoolofCiV订Engineering，ShandongUniVersit)，Jinan250061)ZhangQi—Lin(DepanmentofBuildingEngineering，T0n舀iUniVersityShanghai200092)Abstract：Athree—dlmenslonal(3一D)spa

3、cegndstructuremodelwlthF1uld—StructureInteraction(FSI)aremtmducedandsolVedusingADINAtoinVestigatethewind—induceddynamicresponseinthispaper．TheVelocityandthepressureintheflowdomainandt)，picalfeaturesofthestmcturesuchasdispIacementandef&ctiVestressareobserved．Furthemo

4、re，thewind—induceddynamiccoemcientsandthewindpressuredistributioncoefficientsareinVestigated，which{lresignmcalltforengineering．Keywords：spacegridstmctureFluid—StmctureInteraction(FSI)wind—induceddynamicresponsewind—induceddynamiccoefficientpressure(shape)coe币cient1引

5、言风力是大跨度屋盖网架结构的主要设计荷载。在风力作用下大跨度屋盖网架结构上的风荷载主要表现为沿竖向的吸力或压力，它们都由平均风力和脉动风力所组成。由于结构所受的脉动风荷载是随时间变化的随机荷载，它引起结构的随机振动易导致结构的疲劳破坏和失效。虽然，一般不会造成网架结构的倒塌破坏，但是它将大大影响网架结构的使用寿命，且随着结构损伤的积累，最终甚至会导致网架结构的倒塌或丧失使用功能。如河南体育馆风灾局部破坏照片如图1所示。因此，为了保证网架结构的安全性，要对其进行流体．结构耦合作用的风致响应分析。本文基于ADINA有限元软件，通过

6、对一网架结构进行流体一结构耦合的数值模拟得出这类结构的风致动力响应，可供实际工程参考使用。(a)(b)图1河南体育馆风灾局部破坏照片Fig．1ThegymnasiumphotoesofIocaIfaiurebywindnHenan一380—2007全国轻型钢结构技术研讨会论文集2ADlNA模型2．1工程概况某厂房结构为60m×30m空间单层框架结构，其屋盖结构为四周封闭的双坡网架(如图2所示)，坡度10％，采用焊接球节点，网架顶部标高为6．5优，采用的网架结构形式为正放四角锥，平面网格尺寸为3m×3m，网架水平投影面积为180

7、0m2，网架厚度1．5m，支座最底部高度为5m，约束为周边固定铰支支座。屋面和网架均采用0235B钢材。基本风压wn为0．55枷／珑2。图2结构示意图Fig2Thefigureofstructure{

8、=誊l

9、饕》2．2结构模型结构模型如图3所示。0235B钢材的弹性模量为厂弋E=2．07×10”，密度p=7850妇／m3，泊松比∥=0．3。考虑了几何非线性，如小位移小应变和各向同性弹性材料特性。网架的杆件采用beam单元，屋面板采用sheI

10、单元，厚度为1舢，屋面板定义为流体一结构耦合面，网格数为200。2．3流体模型计算流

11、域取150m×120m×30m，网架前缘距离流域入口处30垅，流体模型如图4所示。屋面板放置于气流场中，每个表面都存在气动力作用。流场为紊流场，湍流模型采用标准r一￡模型，参数值见表1。计算模型中窄气质量密度为1．29妇／m3，粘度“为1．74×10。妇／m胁。有限元模型中，