Introduction
Les panneaux d'affichage à trois faces, en raison de leur géométrie unique et de leur grande surface, sont significativement affectés par les charges de vent, ce qui peut déterminer leur conception structurelle. Les approches traditionnelles pour estimer les charges de vent en utilisant des normes telles que l'EN 1991-1-4 ou l'ASCE 7 sont souvent insuffisantes pour capturer les effets de flux localisés et les interactions de protection entre les faces. Cet article présente un aperçu détaillé du rôle des simulations de vent basées sur la dynamique des fluides computationnelle (CFD) dans le processus d'analyse et de conception structurelle des panneaux d'affichage à trois faces. Nous examinons le comportement aérodynamique sous divers angles de vent, soulignons les avantages de l'utilisation de RWIND, et démontrons comment les résultats des simulations améliorent la sécurité de la conception et l'efficacité des matériaux.
Les panneaux d'affichage à trois faces sont couramment utilisés pour la publicité extérieure, présentant une forme de prisme triangulaire avec chaque face orientée à 120° de la face adjacente. Leur géométrie les rend particulièrement vulnérables aux charges de vent multidirectionnelles, surtout en terrains urbains ou ouverts. Les méthodes de conception conventionnelles reposent sur des coefficients de pression de vent simplifiés, qui peuvent ne pas capturer la séparation complexe du flux, le réattachement et les effets de turbulence autour des arêtes et des coins vifs. Par conséquent, l'utilisation de simulations CFD avancées devient essentielle pour :
- Capturer des distributions de pression de vent réalistes
- Évaluer les effets de protection des faces
- Évaluer les charges de torsion et de flexion sous des vents obliques
Caractéristiques Géométriques et Structurelles
Un panneau d'affichage typique à trois faces se compose de :
- Trois faces verticales (souvent encadrées en acier avec des panneaux composites ou en aluminium)
- Une colonne de support centrale (en béton ou en acier)
- Des contreventements diagonaux et horizontaux
- Une fondation soumise à des forces de moment et de soulèvement
Défis de Chargement de Vent
- Directions de Vent Oblique : Les trois faces sont affectées simultanément avec une intensité différente
- Décrochage de Tourbillons : Induit des charges dynamiques et une résonance possible
- Effets de Protection : Une face peut partiellement protéger d'autres en fonction de la direction du vent
- Pression Non-Uniforme : Zones de succion locales et zones de réattachement
Avantages du CFD dans la Conception Structurelle des Panneaux d'Affichage
1. Distribution Précise de la Pression de Vent
- CFD fournit des cartes détaillées de Cp (coefficient de pression) sur les trois faces, capturant les charges non-uniformes causées par la séparation du flux, la turbulence, et les zones de succion surtout près des arêtes et des coins.
- Ceci aide à éviter des charges uniformes trop simplifiées qui peuvent mener à des structures dangereuses ou sur-conçues.
2. Analyse de Multiples Directions de Vent
- Contrairement aux méthodes basées sur les codes qui considèrent généralement le vent perpendiculaire, CFD évalue le vent de 0° à 360°, identifiant des angles obliques critiques (par ex., 30° ou 60°) pouvant causer les plus grandes charges structurelles.
3. Capture des Effets de Protection et d'Interaction
- CFD modélise de manière réaliste comment une face protège une autre du vent, ou comment les tourbillons se forment entre les interactions des faces que les méthodes traditionnelles ne peuvent pas adresser avec précision.
4. Évaluation des Charges de Torsion
- Les panneaux d'affichage à trois faces expérimentent souvent de la torsion due à une charge de vent asymétrique. CFD calcule des coefficients de moment, qui sont essentiels pour la conception des plaques de base, des boulons d'ancrage, et des fondations.
5. Conception Structurale Optimisée
- Les ingénieurs peuvent utiliser les résultats de CFD pour optimiser les dimensions des éléments, réduire l'utilisation inutile de matériaux, et concevoir des structures de support plus efficaces.
- Permet une ingénierie de valeur sans compromettre la sécurité.
6. Précision de Conception de la Fondation
- CFD permet une estimation précise des moments de renversement, des forces de soulèvement, et de la cisaille au niveau de la base, améliorant la conception des fondations et réduisant le risque de basculement ou d'échec.
7. Visualisation pour la Communication avec les Clients
- Les résultats de CFD offrent des sorties visuelles (lignes de courant, contours de pression, vecteurs de force) qui aident à communiquer clairement le comportement du vent aux parties prenantes, aux clients, et aux autorités lors de la revue de conception.
8. Intégration avec les Logiciels Structurels
- Des outils comme RWIND s'intègrent avec RFEM, permettant un flux de données fluide de la simulation de vent à l'analyse structurelle et aux vérifications de codes, le tout dans un seul écosystème.
9. Support pour les Géométries Non-Standard
- CFD traite les formes de panneaux d'affichage sur mesure, prend en charge les éléments montés comme l'éclairage et les panneaux solaires, et s'adapte au terrain réel contrairement aux normes, basées sur des géométries simplifiées.
10. Évolutif et Basé sur la Recherche
- CFD s'aligne avec les tendances modernes de conception basée sur la performance et soutient la validation basée sur la recherche, le rendant adapté aux flux de travail d'ingénierie avancée et aux approbations de planification urbaine.