矩形截面双塔楼驰振响应数值分析

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1、矩形截面双塔楼驰振响应数值分析重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：匡济指导教师：晏致涛教授兼职教师：张彬彬高工学科类别：工程硕士（建筑与土木工程领域）重庆大学土木工程学院二O一五年五月NumericalAnalysisofGallopingResponseofRectangularCross-SectionTwinTowersAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDeg

2、reeByKuangJiSupervisedbyProf.YanZhitaoPluaralisticSupervisedbySeniorEng.ZhangBinbinSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)CollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要在一定风速下，钝体截面的建筑经过风吹过容易发生大幅低频的振动——驰振。在风荷载作用下，建筑的气动力参数

3、及其随风攻角的变化率是产生驰振的关键因素。在驰振研究中，最关键的是建筑截面的气动力参数。并且由于气流受到两塔的相互干扰，双塔建筑的空气动力参数与单塔的有很大不同。本文主要运用数值模拟的方法对沙坪坝火车站的双塔楼及其多种截面修正和双塔间距工况下的空气动力特性及驰振响应进行研究，并分析了各工况下的驰振临界风速。论文的主要工作如下：①湍流模型的对比研究。进行了双塔楼不同湍流模型下的空气动力特性数值模拟分析。采用FLUENT分别计算风向角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°时双塔楼在湍流模型Standard

4、k-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε、Standardk-ω、SSTk-ω中的三分力系数。通过与已有文献计算结果对比，最终确定Standardk-ε为最适合本工程项目的湍流模型。②双塔楼截面及间距的参数化设计。进行了截面切角修正和圆角修正以及双塔间距对双塔楼截面空气动力特性影响的数值分析。采用IFLUENT计算了角修正率分别等于0.05、0.1、0.15、0.2和双塔间距等于0.5D、1.5D、2D、3D（D为建筑长边的宽度）的截面在湍流模型Standardk-ε中的三分力系数。③双塔楼驰振响应有限元分析

5、。用空间梁单元模型来研究不同风向角情况下的双塔楼驰振响应。深入讨论了切角和圆角修正的矩形截面以及不同双塔间距的高层建筑驰振响应。根据达朗贝尔原理建立梁单元的动力学方程。采用之前计算得到的三分力系数，通过Matlab软件编写有限元非线性求解程序，求得各情况下顺风向、横风向和扭转向的驰振位移幅值，并得到各情况的驰振临界风速。分析表明，截面圆角修正能够更有效地减小双塔楼的驰振响应，并且确定了本工程中最不利的风向角位于10°附近。关键词：双塔楼，截面角修正，有限元，数值模拟，驰振I英文摘要ABSTRACTThelargeam

6、plitudeandlowfrequencyvibrationofbluntstructure--gallopingwaseasytooccuratacertainwindspeedwhenwindcrosssection.Undertheactionofwindloading,theaerodynamicparametersandthechangerateoftheattackangleofthebuildingarethekeyfactorofthegalloping.Inthestudyofgalloping,

7、thekeyisaerodynamicparametersofbuildingsection.TheaerodynamicparametersofDouble-towerbuildingareverydifferentfromthatofsingletower,becausetheflowisinterferedbythetwotowers.Theaerodynamiccharacteristicsandgallopingofdouble-toweratShapingbarailwaystationatmanykin

8、dsofsectionandspacingofthemwereresearchedbynumericalsimulation,andthecriticalwindspeedofgallopingunderdifferentconditionsisanalyzedinthispaper.Themainworkofthispaperisasfoll