輻射-熱-流耦合作用下鋼構(gòu)件及單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)溫度場分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、越來越多的大跨度空間結(jié)構(gòu)屋面采用玻璃材料或透光性較好的膜材等，同時(shí)一些大跨度空間結(jié)構(gòu)布置有室外大型構(gòu)件，太陽輻射作用對于這些結(jié)構(gòu)溫度場的影響不可忽視。對于有吊頂?shù)拇罂缍瓤臻g結(jié)構(gòu)，吊頂與屋面之間形成相對密閉的空間，將導(dǎo)致“溫箱效應(yīng)”，同樣對結(jié)構(gòu)溫度場有影響。在輻射-熱-流耦合作用下，大跨度空間結(jié)構(gòu)的溫度場呈現(xiàn)出非均勻和時(shí)變的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的溫度作用往往考慮為均勻溫度作用，這與結(jié)構(gòu)實(shí)際所處的溫度場是不相符的，因此給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工帶來安全隱

2、患。本文主要研究輻射-熱-流耦合作用下鋼構(gòu)件和單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的溫度場分布，為大跨度空間結(jié)構(gòu)的溫度作用的精細(xì)化分析奠定基礎(chǔ)。
　　通過對5組采用不同處理方式的封閉方鋼管試件進(jìn)行溫度實(shí)測，探究降低鋼構(gòu)件在強(qiáng)烈太陽輻射作用下表面溫度的方法。結(jié)果表明，未經(jīng)處理的方鋼管夏季表面溫度可達(dá)65.1℃，比空氣溫度高出近30℃；方鋼管兩側(cè)開洞對降低方鋼管表面最高溫度的效果不明顯；將方鋼管置于密閉鋼箱、多孔鋼箱和含保溫材料的鋼箱中均能有效降低方鋼管表面

3、最高溫度，方鋼管夏季表面最高溫度在45℃左右，三種處理方法的效果相差不大，有保溫材料的鋼箱能使方鋼管四個(gè)壁面的溫度值在任何時(shí)刻都保持基本相同。綜合考慮，實(shí)際工程中可在鋼構(gòu)件外圍增設(shè)多孔鋼板以降低結(jié)構(gòu)在夏季強(qiáng)烈太陽輻射下的溫度效應(yīng)。
　　本文采用 FLUENT軟件對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在輻射-熱-流多物理場耦合作用下的溫度分布進(jìn)行數(shù)值模擬，考慮太陽輻射、內(nèi)外空氣對流換熱、結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境輻射換熱等。對封閉方鋼管在各時(shí)刻的溫度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，

4、與溫度實(shí)測值吻合較好，驗(yàn)證了分析方法的合理性。將此分析方法應(yīng)用到大跨度空間結(jié)構(gòu)的溫度場數(shù)值模擬中，并采用UDF對入口風(fēng)速進(jìn)行設(shè)置，得到了結(jié)構(gòu)在各時(shí)刻的溫度場分布情況，并探討了建筑夾層和玻璃屋面對大跨度空間結(jié)構(gòu)表面溫度的影響。結(jié)果表明，考慮建筑夾層后，網(wǎng)殼表面最高溫度比沒有考慮建筑夾層時(shí)高出7~10℃；當(dāng)單層網(wǎng)殼屋面為玻璃材料時(shí)，網(wǎng)殼最高溫度比沒有考慮玻璃屋面時(shí)高出2℃左右。因此在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)當(dāng)考慮建筑夾層和玻璃屋面對大跨度空間結(jié)構(gòu)