Úvod
Simulace zatížení větrem jsou základním prvkem procesu statické analýzy a návrhu budov, věží a řady inženýrských staveb. Tyto simulace umožňují inženýrům posoudit, jak vítr ovlivňuje různé typy konstrukcí a přesněji posoudit výsledné konstrukční požadavky. Integrace pokročilých výpočetních nástrojů, jako je software pro numečíný aerodynamický tunel RWIND a platformy pro metodu konečných prvků jako RFEM, výrazně zlepšila spolehlivost a hloubku hodnocení souvisejícího s větrem.
Běžným omezením jak při experimentálních měřeních v aerodynamickém tunelu, tak u mnoha CFD simulací je, že obvykle hlásí pouze rozložení povrchového tlaku, nikoli výsledné reakce na podporách. Nicméně podpůrné síly a momenty na úrovni základů jsou pro návrh stabilních a bezpečných konstrukcí klíčové. Tento článek řeší tuto mezeru tím, že ukazuje, jak lze výsledky tlaků z RWINDu importovat do RFEM pro výpočet přesných podpůrných reakcí.
Díky tomuto pracovního postupu mohou inženýři simulovat realistické vzory proudění větru, účinky turbulence a rozložení tlaku po povrchu konstrukce, a to i pro nepravidelné nebo nestandardní konfigurace a nakonec odvodit síly a momenty přenášené na systém základů nebo kotev.
Důležitost podpůrných sil
Podpůrné síly (nebo podpůrné reakce) představují vnitřní síly a momenty, které konstrukce přenáší na své podpory v důsledku aplikovaného zatížení. V inženýrství větru jsou tyto reakce zvláště důležité pro:
- Návrh základů (např. patky, piloty, kotevní šrouby)
- Posouzení nadzvednutí a převrácení
- Vyhodnocení bočních kluzných sil
- Ověření rovnováhy globální konstrukce
Podpůrné síly vyvolané větrem se mohou významně lišit od jiných statických zatížení kvůli své dynamické povaze, směrnosti a variabilitě s výškou.
Pracovní postup v RFEM a RWIND
Pro dosažení přesných podpůrných sil v RFEM při zatížení větrem běžný pracovní postup zahrnuje:
Krok 1: Modelování konstrukce v RFEM
- Definujte geometrii, materiály a průřezy
- Přidejte okrajové podmínky (podpory, klouby, úvazky)
Krok 2: Simulace zatížení větrem v RWIND
- Exportujte model RFEM do RWIND
- Definujte směry větru, rychlostní profily, modely turbulence
- Proveďte CFD simulaci pro výpočet rozložení povrchového tlaku
Krok 3: Import zatížení větrem do RFEM
- Importujte tlakové zatížení CFD jako povrchová zatížení
- Automaticky je aplikujte na konstrukci jako uzlová nebo elementární zatížení
Krok 4: Statická analýza v RFEM
- Proveďte kombinace zatížení včetně vlivu větru
- Analyzujte vnitřní síly, deformace a podpůrné reakce
Typy podpůrných sil
V RFEM se typicky získávají následující reakce:
- Horizontální síly (Fx, Fy): Boční tlak větru (K dispozici v RWIND a RFEM - Obrázky 1 a 2)
- Vertikální síly (Fz): Zdvih nebo tlak dolů (K dispozici v RWIND a RFEM - Obrázky 1 a 2)
- Momenty (Mx, My, Mz): Torzní nebo převracecí účinky (K dispozici v RFEM - Obrázek 2)
Inženýři mohou tyto reakce zkontrolovat pro každý opěrný bod zvlášť nebo globálně pro každý zatěžovací případ a kombinaci. Jsou také klíčovými vstupy pro geotechnické ověření.
Praktické úvahy
- Směr větru: Různé směry větru mohou vést k odlišným vzorům reakcí, takže simulace by měly pokrýt všechny relevantní úhly (např. 0°, 45°, 90° atd.).
- Rozlišení sítě v RWIND: Jemná povrchová síť zajišťuje přesné rozložení tlaku, což přímo ovlivňuje podpůrné síly.
- Kombinace zatížení: Zatížení větrem musí být správně kombinováno s trvalými, užitnými a dalšími dynamickými zatíženími podle platných norem (např. Eurokód, ASCE 7).
- Nelineární účinky: U flexibilních konstrukcí mohou druhotné účinky a dynamické zesílení ovlivnit podpůrné reakce.
Závěr
Analýza podpůrných sil je základem návrhu zatížení větrem v RFEM. Kombinací přesných schopností simulace větru RWIND s výkonným motorem pro statickou analýzu RFEM mohou inženýři zajistit, že jejich konstrukce jsou bezpečné, ekonomické a v souladu s moderními návrhovými normami. Správná extrakce a interpretace těchto podpůrných sil jsou klíčem k dosažení spolehlivých výsledků a úspěšných inženýrských výsledků.
