移动龙卷风对低矮建筑物风荷载特性研究.pdf

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1、硕士学位论文移动龙卷风对低矮建筑物风荷载特性研究WINDLOADCHARACTERISTICSOFMOVINGTORNADOONLOWRISEBUILDINGS马杰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU312.1学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文移动龙卷风对低矮建筑物风荷载特性研究硕士研究生：马杰导师：徐枫副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU312.1U.D.C:624Adis

2、sertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofEngineeringWINDLOADCHARACTERISTICSOFMOVINGTORNADOONLOWRISEBUILDINGSCandidate：MaJieSupervisor：AssociateProf.XuFengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffilia

3、tion：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要龙卷风是一种具有范围尺度小、经历时间短、具有移动性、活动区域广的自然灾害现象。学者们主要利用现场实测、理论分析、风洞试验与数值模拟方法对龙卷风进行有效的研究。本文采用CFD数值模拟方法研究了移动龙卷风风场生成方法及其对建筑物风荷载的影响。具体研究内容如下：以Spencer龙卷风实测值作为入口边界条件，研究网格类型

4、和数量、湍流模型、地表粗糙和粗糙高度等因素对龙卷风的影响规律，从而建立了高精度的龙卷风风场数值模型，为下一步研究风场演变机制和建筑物的龙卷风荷载奠定基础。在上文建立的数值模型基础上，改变龙卷风风场的入口风速与入射角剖面，研究其最大切向速度和核心半径的变化规律，进而获得在不同尺度和不同强度下的龙卷风风场演变机制。在EF3级静止龙卷风风场中，研究位于不同径向位置的建筑物、不同开孔形式和开孔率的建筑物、不同屋面坡度的建筑物在不同转角下的表面风压系数分布和风场的涡核心区图、速度矢量、迹线图，分析龙卷风对建筑物的荷载特性与破坏机制。通过地面

5、移动等效模拟龙卷风风场移动并获得移动风场特性，在此基础上采用动网格技术，实现等效移动龙卷风对建筑物的风荷载模拟，并将不同移动速度的龙卷风与静止龙卷风引起的建筑表面风压特性进行研究分析，更全面的展现了龙卷风的移动对建筑物风荷载的影响规律。关键词：龙卷风；地表粗糙；等效移动；风压系数；数值模拟-I-AbstractAbstractTornadoisadisastrousnaturalweatherphenomenon,whichhassmallhorizontalscale,fastmovingspeedandshortduratio

6、n,andithasawiderangeofactiveareasallovertheworld.Humanbeingshavegainedadeeperunderstandingoftornadoewithmeansoftheoreticalmethods,radarresearch,labsimulationandnumericalcomputation.Becauseofthecomplexstructureofthetornadoflowfield,itisdifficultforresearcherstofullyund

7、erstanditsmechanismandmodeofactionintheshortterm.Inthispaper,anumericalsimulationmethodbasedoncomputationalfluiddynamics(CFD)isusedtostudythegenerationmethod,evolutionlawofthemovingtornadowindfieldanditsinfluenceonthewindloadofthebuilding.Thespecificresearchcontentsof

8、thispaperareasfollows:UsingthemeasuredwindvelocityprofileofSpencertornadoasanentranceboundarycondition,theinfluenceoffactors