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In diesem Beispiel werden die gemittelten Kraftwerte für einen Brückenquerschnitt berechnet, wie sie beispielsweise für Bauteile im Entwurfsprozess auf Grundlage des WTG-Merkblatts M3 gelten.
Gemäß Bild 2.2 im WTG-Merkblatt-M3 wird dieses Beispiel der Gruppe 1 zugeordnet.
- G2: Absolute Werte mit mittleren Anforderungen an die Genauigkeit. Der Anwendungsbereich kann Parameter oder vorläufige Studien umfassen, wenn spätere Untersuchungen mit höherer Genauigkeit geplant werden (z. B. Windkanaluntersuchung der Klasse G3).
- R2: Einzeln, alle relevanten Windrichtungen mit ausreichend feiner Richtungsauflösung.
- Z1: Statistische Mittelwerte können bei stationären Strömungsprozessen verwendet werden, sofern Schwankungen (z. B. aufgrund von Strömungsturbulenzen) durch andere Messgrößen ausreichend erfasst werden können.
- S1: Statische Effekte. Es reicht aus, das Strukturmodell mit den erforderlichen mechanischen Details darzustellen, jedoch ohne Masse- und Dämpfungseigenschaften.
Die Abmessungen des Beispiels sind in Bild Nr. 1 dargestellt, und die Annahme für die Eingaben ist in Tabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1: Eingabedaten für das Verifizierungsbeispiel eines Brückenquerschnitts
| Modell | Brückenquerschnitt |
|---|---|
| Grundwindgeschwindigkeit | V = 30 m/s |
| Luftdichte | ρ = 1.225 kg/m³ |
| Solver | Druckbasiert |
| Turbulenzmodell | Stationäres k-ω SST |
| Art des Windgeschwindigkeitsprofils | Konstant in der Höhe |
| Turbulenzintensität | 27% |
| Numerischer Algorithmus | SIMPLE-Algorithmus |
| Diskretisierung | II. Ordnung |
| Restdruck | 10⁻⁴ |
| Kinematische Viskosität | ν = 1.5 × 10⁻⁵ |
Bild 2 zeigt eine Studie zur Netzempfindlichkeit in RWIND Pro für einen Brückenquerschnitt. Der Kraftbeiwert 𝐶𝑓 nimmt leicht von 0,94 bei einer Netzdichte von 10 % auf 0,90 bei einer Dichte von 25 % ab und steigt dann geringfügig auf 0,92 bei einer Dichte von 35 % an. Obwohl es zu geringen Schwankungen kommt, bleibt die Abweichung innerhalb einer akzeptablen Toleranz, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse für die praktische Anwendung ausreichend stabil sind.
Darüber hinaus muss die rechnergestützte Netzanalyse gemäß dem folgenden Link durchgeführt werden:
In diesem Beispiel soll der durchschnittliche Windkraftwert in x-Richtung zwischen EN 1991-1-4 und RWIND verglichen werden. Der Kraftbeiwert cfx,o für Brückenquerschnitte kann anhand von Bild 8.3 in EN 1991-1-4 ermittelt werden:
Kraft in X-Richtung - Vereinfachte Methode
Sofern nach einer Bewertung festgestellt wurde, dass ein dynamisches Antwortverfahren nicht erforderlich ist, kann die Windkraft in x-Richtung anhand der Formel (8.2) in EN 1991-1-4 ermittelt werden:
vb=30 m/s ist die maßgebliche Windgeschwindigkeit
C ist der Windlastfaktor. C=ce⋅cf,x=1.425×1.3=1.85, wobei ce der Expositionsfaktor gemäß 4.5 und cf,x gemäß 8.3.1(1) ist
Aref,x=5 m2 ist die Referenzfläche gemäß 8.3.1
ρ=1.225 kg/m3 ist die Dichte der Luft
Das WTG-Merkblatt M3 beschreibt zwei wichtige Methoden zur Validierung von Simulationsergebnissen. Die „Trefferquote-Methode” bewertet, wie viele der simulierten Werte Pi innerhalb einer definierten Toleranz korrekt mit den Referenzwerten Oi übereinstimmen. Dabei wird ein binärer Klassifizierungsansatz (Treffer oder Fehlschlag) verwendet. Dieser Ansatz bewertet die Zuverlässigkeit der Simulation, indem er eine Trefferquote q berechnet, ähnlich wie bei den in der Zuverlässigkeitstheorie verwendeten Konfidenzfunktionen. Die Methode des "Normalisierten mittleren quadratischen Fehlers" (e2) hingegen bietet eine detailliertere Genauigkeitsbewertung. Sie quantifiziert die durchschnittliche quadratische Abweichung zwischen simulierten und Referenzwerten und normalisiert sie zur Berücksichtigung von Skalenunterschieden. Zusammen bieten diese Methoden somit sowohl qualitative als auch quantitative Messgrößen für die Simulationsvalidierung.
Kraftergebnisse in RWIND und Vergleich mit Eurocode
Die Ergebnisse der Gesamtwindkräfte sind in RWIND in der Registerkarte "Info" unter "Modell bearbeiten" zu finden, wie in den Bildern 3 und 4 dargestellt. Die Differenz zwischen dem kritischen Windrichtungsszenario RWIND (θ=0°) und dem Eurocode beträgt etwa Wrel = 5.36% (weniger als das in WTG genannte Kriterium von 10 %). Die Trefferquote beträgt somit q=100%, was eine gute Übereinstimmung zeigt. Der niedrige normalisierte mittlere quadratische Fehler e2=0.002 bestätigt ebenfalls die gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messungen und erfüllt damit effektiv die Validierungsstandards.
