关键词:
气膜建筑
流固耦合效应
静力对比计算
数值模拟
力学性能
影响系数
摘要:
随着我国社会经济发展带来的雾霾环境问题以及人民低碳环保意识的增强,气膜建筑凭借其优良的力学性能、轻盈的造型、绿色节能等特点正被广泛应用于工业及社会生活领域,如化工原料存储、污染防治处理、垃圾回收、公共健身大型体育馆、羽毛球馆、网球训练馆等场地。气膜结构作为大跨空间结构中的典型代表,近几年在我国各地兴建的数量和频率正在逐年上升。气膜结构在充气之前不具备承载能力,通过充气设备提供一定的充气内压使其成型后方可抵抗外部荷载且气膜工作时对风荷载作用最为敏感。为保证气膜正常工作,膜布材料不被风荷载撕裂,避免发生工程事故,对气膜结构在风荷载作用下受力性能和机理的研究则很有必要。本文以气承式半圆柱形气膜结构为研究对象,通过数值计算分析的手段,研究了气膜结构在风场流固耦合作用下的影响机制,主要研究内容及成果如下:(1)针对静力工况和流固耦合两工况下数值计算得到的位移与应力结果得出,0°和30°两风向角下,对于气膜结构的位移和应力而言,与风速及气膜内压两参数均呈正相关关系,曲线趋势大体上表现为正比例,且流固耦合作用下气膜的位移和应力最大值要高于静力工况。(2)在本文研究的工况参数下,当风向角为0°时,结构流固耦合作用相比于静力工况对气膜位移数值的放大系数分布在1.45~1.80,应力数值的放大系数分布在1.45~1.85;而风向角度为30°时,结构流固耦合作用对气膜位移数值的放大系数分布在1.25~2.0,应力数值的放大系数分布在3.40~6.0之间。(3)风向角为0°时,气膜结构关于内压的位移影响系数分布在2.46~2.54;关于风速的位移影响系数分布在1.05~1.12。气膜结构关于内压的应力影响系数分布在2.92~3.08;关于风速的应力影响系数分布在1.37~1.52。流固耦合作用对气膜位移的影响系数随内压和风速呈负相关性;而应力影响系数随气膜内压和风速呈正相关性。而风向角为30°时,气膜结构关于内压的位移影响系数分布在1.08~1.19;关于风速的位移影响系数分布在0.58~0.67。气膜结构关于内压的应力影响系数分布在2.55~4.13;关于风速的应力影响系数分布在1.11~2.44。30°风向时流固耦合作用对气膜位移及应力的影响系数随内压和风速呈负相关性。两种角度间的位移及应力影响系数和流固耦合作用对气膜力学参数数值的放大系数略有差异,原因可能是改变气膜的受风角度所带来的流场变化影响了气膜结构受力机制和气膜力学参数时程最大值的出现时刻。