典型形式大跨度屋盖风致雪漂移的数值模拟研究

近年来，因积雪的不均匀分布造成大跨度屋盖坍塌的事故已屡见不鲜，这主要是由于屋盖上的积雪在风力作用下发生复杂的风雪运动，从而造成大跨度屋盖表面积雪的不均匀分布，正确预测大跨度屋盖上的积雪分布有着非常重要的意义。然而目前国内外对风致雪漂移的研究还较少，本文基于大型流体计算软件Fluent，通过二次开发建立了风致雪漂移的三维数值模型，对建筑屋盖表面及周边的积雪分布进行研究，主要内容包括以下几个方面：1.风致雪漂移的数值模拟。风致雪漂移的运动形式主要有蠕移运动、跃移运动和悬移运动。本文考虑了跃移运动和悬移运动，采用单向耦合的假设，利用Mixture多相流模型模拟风雪流，以UDF接口嵌入了入口边界条件，实现了对风致雪漂移的数值模拟。文中首先以二维的防雪栏为例,对比了不同的湍流模型的数值模拟结果，研究表明k-kl-湍流模型的数值模拟结果最优；在此基础上对三维的立方块周围的风雪漂移进行了模拟，通过与实测结果进行比较验证了数值模拟方法的可行性和准确性。2.典型形式大跨度屋盖风雪漂移的数值模拟。利用CFD数值模拟技术对几种典型形式的大跨度屋盖结构表面的风雪漂移进行了数值模拟，分析了大跨度屋盖结构表面积雪分布的影响因素，得出不同形式屋盖表面的积雪分布规律。此外将平屋盖和拱形屋盖数值模拟结果与现行规范中积雪分布系数进行比较，探讨了积雪分布系数的取值。3.铁路站房屋盖风雪漂移的数值模拟。以哈尔滨西客站和大庆西客站为例，利用CFD数值模拟技术对屋盖表面的风致雪漂移进行模拟，得出了不同风向角下屋盖积雪的分布情况，并给出积雪的最不利分布系数，为结构设计提供依据。