大跨网壳屋盖风荷载的数值仿真研究.pdf

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1、李铀丽，等：大跨网壳屋盖风荷载的数值仿真研究中图分类号：TQl72文献标识码：B文章编号：1∞7—0389(2013)05—26—0l大跨网壳屋盖风荷载的数值仿真研究李铀丽，赵恺，汤筠(中国中材国际工程股份有限公司(南京)，江苏南京211100)O前言网壳屋盖属于薄壳结构，振型复杂，对风荷载作用极为敏感。考虑网壳屋盖表面的风荷载直接影响到屋盖的内力计算和结构设计，有必要对此问题进一步展开研究，明确网壳屋盖的风荷载分布规律。数值模拟方法是随着计算机技术的发展而发展起来的一种新的方法，利用计算流体动力学的理论成果，在计算机上进行建筑物风场的数值模拟n，。在研究中，数值方法可以给出

2、非常完整的资料，且成本低，速度快，具有模拟真实和理想条件的能力。虽然其计算精度受到湍流模型及数值误差等的影响，但是若离散网格及湍流模型选择得当，一般仍可将其误差控制在实际应用可以接受的范围之内。某大跨结构，下部为圆柱面形薄壁混凝土结构，上部为球形网壳屋盖，直径为125m，总高63m。由于该建筑跨度大，且体型复杂，因此，无法用理论或规范来确定设计需要的球形穹顶的表面风荷载。本文采用数值仿真对建筑物表面风荷载及周围风场进行数值模拟和分析。1数值仿真方法1．1控制方程建筑工程中的风流体为近地层大气，可看作是近似不可压缩性牛顿黏性流体。此时，在直角坐标系下，问题的控制方程简化为如下N

3、avie卜Stokes方程(N—S方程)：连续方程：a阢／如i=O(1)动量方程：．o害=pI等+功筹

4、=以一差+∥茜(差]c2，式中：u。为流体微元体速度矢量场在f方向的分量；10为风流体密度；p为风压。压力与速度耦合迭代选用SIMPLE方法，动量方程和湍流耗散率方程均采用二阶离散格式。采用重整化群七一e(RNG尼一￡)模型求解N—s方程。其表达式如下：警+掣：球肛移期怕堆㈥刁厂+—矿2瓦l舭肛移面l十(J=自十lDsLj，一26一等+掣=茜p脚糊+譬G—c压P譬c4，(3)(4)式中：∥够=∥机舶=lDG等C乙=0．0845，d^=口。=1．39c飙一帮C1。=1．42，

5、C丛=1．68刁=(2E。·E。)V2鲁耻丢(警+鲁](5)1．2数值建模网壳屋盖结构直径为125m，高63m。计算区域的尺度为：1100m×2200m×550m，阻塞率为1．47％，建筑物周围采用适应能力较好的四面体网格，其他区域则采用计算精度较高的六面体网格，见图1。图1网格划分该结构所在地区100年一遇基本风压训。=O．60kN／m2，地面粗糙度为A类。根据规范闭，确定地面粗糙度指数a=0．12，离地面不同高度处的平均风速用指数规律描述：『36～。善≤10mu(z)={36．4(z／10)““10m300m流域人口边界条件p，：选用

6、速度人口，人流面的法向风速按式(6)取值，切向速度取零；流域出口边界条件：选用压力出口，压力取为1．013×105Pa；建筑物表面及地面采用无滑移壁面。2计算结果分析2．1屋盖周围风场的模拟结果采用数值仿真方法模拟屋盖结构。⋯周围风场，图2给出图2术淀工挺些燮建筑物周围风场速度矢量图(下转第40页)之间最小的间隙，达到节约能耗的作用。因挡风墙是在高温状态下工作，为保证转轴和阀板的使用年限，在转轴和阀板的钢质基体外表面筑有耐热浇注层。阀板的钢质基体由多块阀板单元焊接而成，并在钢质基体上均匀的焊接有横肋和纵肋；其纵肋的上部为下小上大的楔形结构，且最大部分延伸到转轴的竖直切面；钢质

7、基体表面均匀地焊接有外延的扒钉，用于固定耐热浇注层。带有电磁阀的进油管和出油管接入液压系统，其中电磁阀通过数控系统连接检测装置。(3)主要特点。该活动挡风墙具有可控制的阀板，通过对转轴的驱动使该阀板形成一个摆动架。当阀板处于竖直悬垂状态时，进料口最小；而当该阀板向上摆动时，进料口逐渐增大，直至处于水平状态而使进料口最大。显然，当阀板处于竖直悬垂状态时，对应常态物料和常态流量；摆动状态时，则可适应料球粒径的改变；当有大料球出现时，又可以通过驱动阀板开启使大料球通过，满足异常情况的处理。遴邈邵振亚，等：应用活动挡风墙提高篦冷机热回收效率3应用效果I(1)我公司大部分5000们熟料

8、线篦冷机都存在热回收效率不是太高的问题，自利用该活动挡风墙后，大大提高了篦冷机的热回收效率，而且二次风温由原来的1050～1300℃波动稳定在1150～1250℃，三次风温由原来的700～950℃稳定提高到800～900℃；另煤风温度和窑头废气温度分别下降100。150℃，不但利于煤磨的安全操作，也降低了窑头排风机功耗。(2)在后续新建项目中都采用了该技术措施。从推广使用以来，在提高了余热发电量同时，也降低了熟料电耗o．22kwM，且使窑尾高温风机及窑头排风机的风量、电耗也相应减少。更为重要的是篦冷机操