收藏本站
《西南交通大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究

余志祥  
【摘要】:随着国内高速铁路建设热潮,各种造型新颖、布局复杂的大型交通枢纽客站陆续建成。这些客站采用了多种新型结构形式,风荷载成为其正常使用及安全运营的主要影响因素之一。外观造型及站场布局影响致使铁路客站产生了复杂的风致作用,站场建筑群的干扰影响进一步加剧了这种复杂性。目前,国内外对高速铁路客站风致作用研究较少,已有研究多局限于具体工程应用,缺少对其风致作用的形成机理、变化规律进行深入探讨。因此,对铁路客站风致作用展开深入系统地研究具有重要的工程意义和学术价值。 本文基于CFD数值模拟、风洞试验和非定常流固耦合(FSI)理论,研究了大气边界层下铁路客站建筑的基本风荷载特性和风场特征,揭示了平均来流及脉动来流条件下站场建筑的风致作用形成机理及变化规律,并将研究成果应用于实际工程的抗风设计。论文完成的主要研究内容如下: 首先,对计算风工程理论进行了梳理,搭建起数值风洞模拟的基本方法框架和参数体系。同时,基于CFX的全隐式瞬态时间步进算法,提出了准稳态时步逼近求解技术(QSMA:Quasi-Steady State Marching-on in time Approximation Techniques),通过数学推导证明了这种技术在时间离散格式上的稳定性、误差传递的趋零特性,给出了与之配套的多目标收敛监测、数值稳定控制参数,并与Murakami-3D立方体模型的隐式稳态模拟结果进行了比较,证明了其有效性。这种技术降低了瞬态算法求解稳态问题的时间步长及容差限制,和传统稳态算法相比,计算消耗没有增加,但由于利用了瞬态控制方程求解,针对复杂建筑风场数值模拟的收敛性增强。 第二,基于准稳态时步逼近技术,结合TTU模型实测数据,对EARSM用于建筑数值风洞模拟的计算控制参数进行了系统研究,包括流场自平衡检验、网格形式、湍流模型、流场尺度、边界条件、对流项格式、近壁区网格△y值等。通过系统的校准研究,搭建起基于EARSM的数值风洞模拟计算参数框架。 第三,基于几何拓扑分析原理,提出了铁路客站建筑群风荷载预测的模化特征体分析方法,结合12组特征体模型的试验数据,采用EARSM和准稳态时步逼近求解技术进行了数值风洞模拟,研究了风向角、屋面坡度、结构高度、屋面拓扑特征、结构开敞与否、矢跨比对风荷载形成机理以及风场特性的影响。将该方法用于实际铁路客站风荷载分析并与规范相似特征相比较,结果表明方法的实用有效。 第四,设计了4组参数性风洞试验模型,考虑建筑群风场干扰影响、雨棚是否开缝、二期扩建、匝道阻塞影响,进行了风洞试验,研究了铁路客站的风场干扰影响规律。基于几何拓扑分析原理,将铁路客站简化为三种典型的模化布局特征体模型。结合数值风洞模拟、模化特征体分析方法以及试验数据,对站台区雨棚开缝率、主站房与站台雨棚的高度比、主站房入口大悬挑雨棚俯仰角等风场干扰影响因素进行了深入研究,给出了铁路客站风场干扰影响的主要变化规律。 最后,采用AR法和WAWS法编制了多点三维相关脉动风速模拟程序、脉动风速散度修正程序,构建了非定常流固耦合(FSI)分析的脉动入流边界。基于TTU实测数据对人工模拟脉动风场进行了校准分析。基于自编目标概率法程序研究了脉动风场的统计特性。基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)坐标下的有限体积法,采用大涡模拟(LES)求解Navier-Stokes方程,构建了大跨度弦支结构雨棚的气动分析模型;结合大跨度弦支结构雨棚的非线性瞬态动力学模型,采用ALE方法处理结构与风场的运动边界,实现了结构动力学与计算流体力学的结合,构建了结构-风场耦合分析模型;研究了不同风向角下大跨度弦支结构雨棚动力响应的频谱特征、脉动风压分布规律、预张力对弦索振动特性的影响、脉动风对弦索张力退化的影响等,可为工程设计提供参考。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴建华;梁佶;岑伟;;斜拉网格结构的风振响应分析[J];浙江科技学院学报;2006年01期
2 李清;孙作玉;;索膜结构脉动风数值模拟及参数分析[J];广州大学学报(自然科学版);2011年03期
3 甘凤林;杨振伟;代晓光;;基于谐波合成法的输电塔线体系风致响应分析[J];电网技术;2009年18期
4 祝贺;;基于修正冯—卡门谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟[J];华东电力;2009年10期
5 祝贺;王金岭;裴延学;;修正Von-karman谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟[J];吉林电力;2009年05期
6 李英民;赖明;赵青;;ARMA模型及参数识别技术在脉动风仿真中的应用[J];重庆建筑大学学报;1992年03期
7 孔德怡;李黎;龙晓鸿;梁政平;;悬垂绝缘子串动态风偏角有限元分析[J];电力建设;2008年09期
8 甘凤林;杨振伟;代晓光;;基于改进谐波合成法模拟输电塔线风速[J];电力建设;2009年10期
9 张志强,李爱群,蔡丹绎,何建平,王建磊;合肥电视塔人造脉动风荷载的仿真计算[J];东南大学学报(自然科学版);2001年01期
10 高维成;刘伟;;基于多维ARX模型理论识别脉动风激励下穹顶结构模态的研究[J];特种结构;2005年04期
11 苏成,韩大建,颜全胜,谭学民,骆宁安;大跨度桥梁风场模拟及气动力计算[J];华南理工大学学报(自然科学版);1999年11期
12 韩大建,谭学民,颜全胜,苏成;香港汀九大桥抖振响应时程分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);1999年11期
13 雷隽卿;王东霞;蒋秀根;李保明;;温室结构风振效应的数值模拟[J];中国农业大学学报;2007年04期
14 王秀丽;常文兵;;考虑风与结构耦合作用的张弦梁结构风振响应分析[J];兰州理工大学学报;2008年02期
15 余江滔,陈统丹,陈建喜,叶芳菲;设计中顺向风振与水平地震影响的比较[J];四川建筑科学研究;2005年05期
16 甘凤林;杨振伟;李小磊;代晓光;;±800kV特高压长江大跨越输电塔风振时域分析[J];华东电力;2010年02期
17 李英民,赖明,赵青,张川;脉动风特性及其仿真研究[J];工程力学;1993年04期
18 龚靖,贾瑞庆,田雷;脉动风作用下的输电塔架的弯曲响应[J];东北电力学院学报;1999年02期
19 徐旭,曹志远,梁岗;计入脉动风速非线性项的随机稳定性分析[J];上海海运学院学报;2000年04期
20 蔡丹绎,李爱群,程文瀼;顺风向脉动风速功率谱密度函数的分析研究[J];江苏建筑;1994年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张顺宝;;结构脉动风模拟研究[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
2 李英民;王金海;;脉动风仿真软件PWSS的研制[A];土木工程计算机应用文集——中国土木工程学会计算机应用学会第五届年会论文集[C];1993年
3 周绪红;潘英;;顺风向脉动风作用下高层交错桁架结构的动力反应分析[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2002年
4 欧阳潞;徐国彬;;脉动风速曲线的计算机仿真[A];第八届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ卷)[C];1999年
5 赵欣;刘锡良;刘兴业;;横向加劲单曲悬索结构在随机风荷载作用下的动力响应分析[A];第七届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ卷)[C];1998年
6 郑荣跃;简小生;俞凯磊;;基于事件树分析法的大跨斜拉桥施工事故分析[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2007年
7 洪天华;李宏男;;风荷载作用下单层平面索网体系点支式玻璃幕墙的动力性能研究[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(上册)[C];2007年
8 赵臣;谭东耀;沈世钊;;大跨悬索屋盖风振反应分析[A];第五届空间结构学术交流会论文集[C];1990年
9 凌知民;;横风对高墩桥梁车桥耦合振动的影响分析[A];第十七届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2006年
10 陈隽;李杰;;结构动力参数识别方法研究[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1997年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 吴苡婷;飞虹跨江巧驭风[N];上海科技报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈贤川;大跨度屋盖结构风致响应和等效风荷载的理论研究及应用[D];浙江大学;2005年
2 罗雄;利用短期实际风速记录模拟极值风速及桥梁时域抖振分析[D];西南交通大学;2002年
3 余志祥;高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D];西南交通大学;2011年
4 韩万水;风—汽车—桥梁系统空间耦合振动研究[D];同济大学;2006年
5 张玥;西部山区谷口处桥位风特性观测与风环境数值模拟研究[D];长安大学;2009年
6 马麟;考虑驾驶员行为的风—汽车—桥梁系统空间耦合振动研究[D];长安大学;2008年
7 马骏;大跨空间结构的风场和流固耦合风效应研究与精细识别[D];上海交通大学;2009年
8 李丽;桥梁气动导纳函数研究及其应用[D];西南交通大学;2007年
9 骆宁安;大跨度开口主梁斜拉桥的动力模型及风振分析[D];华南理工大学;2004年
10 马存明;流线箱型桥梁断面三维气动导纳研究[D];西南交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王飞;考虑风致振动的大跨悬索桥行车舒适性研究[D];华中科技大学;2005年
2 黄佳;威海空中快车悬索结构风致静/动力响应分析[D];西南交通大学;2009年
3 吕晓东;太阳能热气流发电系统的荷载和抗风性能研究[D];浙江大学;2010年
4 梁佶;斜拉网格结构的风振响应分析[D];浙江大学;2005年
5 周祥树;高墩大跨连续刚构抖振时域分析[D];长安大学;2006年
6 石九州;桥梁风致响应的数值模拟[D];天津大学;2007年
7 武俊彦;大跨窄钢桁架加劲梁悬索桥抖振时域计算分析[D];长安大学;2008年
8 付彦峰;高墩大跨曲线连续刚构桥最大悬臂施工阶段抖振响应分析[D];天津大学;2007年
9 陈彬;现代结构风致响应分析和可靠度分析中的若干问题研究[D];东南大学;2006年
10 马昌恒;基于小波分析的风场模拟及大型储罐风致屈曲初步研究[D];大庆石油学院;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978