太阳辐射作用下大跨结构非均匀温度效应研究

【摘要】：近年来，随着大跨度空间结构的跨度不断突破，出现了很多布置大型室外构件或大面积透光性屋面的大跨度建筑结构工程，使得太阳强烈辐射对结构的影响日显重要、不容忽视。目前对于非均匀温度场研究的关键性参数太阳辐射吸收系数的取值并没有相关标准，取值不规范、不统一。同时，现有的太阳辐射下结构温度场的数值分析模型并未能准确考虑流体的影响。 本文采用紫外-可见-近红外分光光度计对钢结构常用涂料、防火涂料及铝的太阳辐射吸收系数进行了测定试验，并通过控制变量法研究了底漆、中间漆、面漆材质、厚度及面漆颜色等参数对太阳辐射吸收系数的影响，同时给出了白色、灰色、红色、黄色、绿色的氟碳面漆、聚氨酯面漆、氯化橡胶面漆的吸收系数建议值，并给出了超薄型、薄型、厚型防火涂料及铝的吸收系数建议值。 为验证太阳辐射吸收系数测定试验的正确性，本文还采用热电偶法进行了温度测量试验。试验证明，温度测量方案是可行性的；吸收系数变化规律与温度值变化规律一致，吸收系数测量结果正确、可靠。 采用Fluent有限元软件对考虑流体时太阳辐射下的大跨度结构的非均匀温度场和非均匀温度效应进行了研究，结果表明考虑流体的作用后，温度场的分布更为精确，太阳辐射下结构的温度场不再与太阳辐射下的热流场完全一致，温度场等值线不再是规则的圆。与不考虑流体相比，考虑流体的作用之后结构的温度值有所降低、最高降低3.1℃，夏至日结构温度值变化范围是25.0℃~58.1℃，最高温度值比环境温度高出18.1℃。与均匀温度场相比，在太阳辐射下且考虑流体作用后，结构最大位移提高了51.7%，结构最大等效应力提高了23.3%，因此有必要进行考虑流体作用的结构非均匀温度效应分析。