Розрахунок баштової споруди на витривалість з врахуванням вихрового збудження
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.14.2024.102-113Ключові слова:
Вихрове збудження, інерційні коливання, вітрове навантаження, баштова споруда, розрахунок на витривалістьАнотація
Вихрове збудження проявляється у всіх баштових спорудах із суцільним або решітчастим перерізом при відносно рівних ширині і глибині перерізу. Явище повязано з почерговим зривом вихрів з кромок споруди, які викликають її коливання під впливом інерційних мас в площині, перпендикулярній до дії вітру. Основною умовою прояву вихрового збудження – є дія вітру зі швидкістю, що перевищує певну критичну. Як показали розрахунки реальної баштової споруди, коливання за першою власною частотою і формою відбуваються вже при дії помірного вітру. Це потребує уваги, оцінки кількості коливальних циклів та впровадження критеріїв врахування сумісної дії фронтального вітру та вихрового збудження на споруду та розрахунку конструкції на витривалість.
Парадоксом є те, що дане явище не є широко відомим в інженерній практиці, а вказівки щодо обов’язкового розрахунку споруд на вихрове збудження з’явилися лише із введенням в дію зміни 2 до ДБН В.1.2-2:2006 "Навантаження і впливи. Норми проектування" в 2020р. В даній роботі проаналізований стан досліджень, наведена доступна методика з розрахунку на вихрове збудження, запроваджена EN 1991-1-4:2005 роботі виконаний розрахунок та аналіз рекламного пілона «Макдональдз» висотою 25,575 м, реалізованого в Києві в 2016р. Розрахунки показали, що для даної споруди властиві коливання від вихрового збудження З доступних джерел метеозведень визначена орієнтовна кількість коливальних циклів, визначені критерії розрахунку споруди на витривалість та виконані узагальнення, що можуть бути застосовані для всіх споруд.
Зокрема вказано на необхідність обмеження напружень за межею витривалості за двома діапазонами – на параметричний резонанс від фронтального вітру, та знакозмінні циклічні коливання від вихрового збудження. Виконаний аналіз ефективних перерізів та ефективних конструктивних форм деталей споруд при роботі на дію фронтального вітру із вихровим збудженням
Посилання
Davenport, A. G. The Application of Statistical Concepts to the Wind Loading of Structures. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 1961. –Vol.19 – p.449-4722.
Simiu E., Scanlan R.H. Wind Effects on Structures: //Fundamentals and Applications to Design. New York: John Wiley, 1996, 704 p.
Piccardo, G., Solari, G. – Closed Form Prediction of 3D Wind-excited response of slender structures. Journal of Wind Engineering in Industrial Aerodynamics, 1998; 74-76: 697-708.
Solari, G. – The role of analytical methods for evaluating the wind-induced response of structures, Journal of Wind Engineering in Industrial Aerodynamics, 90, 1453-1477, 2002
Repetto, M.P. and Solari, G. (2002) Dynam-ic Crosswind Fatigue of Slender Vertical Structures. Wind and Structures, 5, 527-542.
https://doi.org/10.12989/was.2002.5.6.527
Connor, R.J., Collicott, S.H., DeSchepper, A.M., Sherman, R.J. and Ocampo, J.A. (2012) Fatigue Loading and Design Method-ology for High-Mast Lighting Towers. The National Academies Press, Washington.
https://doi.org/10.17226/22792
Maria Pia Repetto, Solari, G. – Directional Wind-Induced Fatigue on Slender Vertical Structures, Journal of Structural Engineer-ing, ASCE, July, 2004, 10032-1040
James, W.D. (1983) Effects of Reynolds Number and Corner Radius on Two-Dimensional Flow around Hexdecagonal Cylinders. AIAA 16th Fluid and Plasma Dynamics Conference, Danvers, 12-14 July 1983, 1-11.
https://doi.org/10.2514/6.1983-1705
Dexter, R.J., Ricker, M.J. – Fatigue-Resistant Design of Cantilevered Signal, Sign, and Light Supports – NCHRP Report 469, University of Minnesota, USA, Published by: National Academy Press, 2002.
Giosan, I. and Eng, P. (2007) Vortex Shedding Induced Loads on Free Standing Structures, Structural Vortex Shedding Response Estimation Methodology and Finite Element Estimation.,42p https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.582.3179
Priyan M., Shiromal F., John H., Tharaka G., Yousef Abu-Zidan, Priyan D. Wind induced fatigue analysis of Lotus Tower //Mast. Nineteenth Australasian Wind Engineering Society Workshop, April 4-6, 2018, Torquay, Victoria , 5p
Vieira, D., Barros, R.C. Tubular steel lat-tice telecommunication towers, subjected to wind loading and vortex shedding (2017) COMPDYN 2017 - Proceedings of the 6th International Conference on Computational. Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, 2, pp. 3154-3162
https://doi.org/10.1007/978-981-19-2886-4_6
Rakočević, M., Popović, S.: Calculation procedure for determining wind action from vortex-induced vibration with verification of fatigue strength of steel structures, GRAĐEVINAR, 70 (2018) 9, pp. 793-809, https://doi.org/10.14256/JCE.2125.2017
Krishnappa, L., Sander, A., Thoben, K.-D. Aerodynamic Devices to Reduce/Suppress Vortex Induced Vibrations on a Wind Tur-bine Tower: A Review. (2022) Journal of Physics: Conference Series, 2265 (3), art. No. 032053 https://doi.org/10.1088/1742-6596/2265/3/032053
Wang, D., Zhao, Z., Liu, Y., Ma, Y., Liu, H., Chen, M. Study on vortex induced reso-nance mechanism between tower and blade of large wind turbine (2023) Taiyangneng Xuebao/Acta Energiae Solaris Sinica, 44 (10), pp. 306-312. http://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-084
Пічугін С.Ф. Тенденції розвитку норм вітрового навантаження на будівельні конструкції / С.Ф. Пічугін // Сучасні тех-нології та методи розрахунків у будівни-цтві: Зб. наук. праць. Вип. 18. – Луцьк: Луц. НТУ, 2022. – С. 98 – 116. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2022-8(18)-12
Пичугин С.Ф. Квазистатические методы динамического расчета сооружений башенно-го типа: прошлое, настоящее и перспективы развития / С.Ф. Пичугин, А.В. Махинько // Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. – К. : Сталь, 2010. – Вип. 5. – С. 83-105.
Махінько А.В. Два погляди на сучасну аеро-динаміку опор зв’язку / А.В. Махінько // Збірник наукових праць (галузеве машинобуду-вання, будівництво). – Полтава : ПолтНТУ, 2011. – Вип. 2. – С. 118–121
Колякова В.М., Лялько В. Вплив вітру на телевізійну вежу (2019) //International scientific-practical conference of young scientists/ Build master class, рр.160.
Корсун В.І., Віноградова Т. М., Кал-миков Ю.Ю., & Волков А. С. (2010). Порівняльний аналіз результатів розраху-нків стовбура димової труби Н= 250 м на дію вітрового навантаження. // Сучасне промислове та цивільне будівництво, 6(1), 5-13.
