Introduction
Les panneaux d’affichage à trois faces sont significativement affectés par les charges de vent en raison de leur géométrie unique et de leur grande surface. Cela peut déterminer leur calcul de structure. Les approches traditionnelles pour estimer les charges de vent, à l’aide de normes telles que l’EN 1991-1-4 ou l’ASCE 7, suffisent rarement 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 CFD des flux de vent dans le processus de calcul de structure des panneaux d’affichage à trois faces. Le comportement aérodynamique sous divers angles de vent est examiné, afin de mettre en évidence les avantages de l'utilisation de RWIND, et l’impact des résultats des simulations sur l’amélioration de la sécurité et l’efficacité des matériaux.
Les panneaux d’affichage à trois faces sont couramment utilisés pour la publicité en extérieur. Ils présentent une forme de prisme triangulaire avec chaque face orientée à 120° par rapport à la face adjacente.
Leur géométrie les rend particulièrement vulnérables aux charges de vent multidirectionnelles, surtout en terrains urbains ou ouverts. Les méthodes 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 s’avère 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)
- Un poteau 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 liés aux charges de vent
- Directions de vent obliques : les trois faces sont affectées simultanément avec une intensité différente
- Décrochage tourbillonnaire : 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 d’aspiration locales et zones de réattachement
Avantages de la CFD dans le calcul de 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 d’aspiration, surtout à proximité des arêtes et des coins.
- Cela aide à éviter des charges uniformes trop simplifiées qui peuvent mener à des structures dangereuses ou ayant mobilisé une puissance de calcul trop importante.
2. Analyse de directions de vent multiples
- Contrairement aux méthodes basées sur les codes qui considèrent généralement le vent perpendiculaire, la méthode 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
- La 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. La CFD calcule des coefficients de moment, qui sont essentiels pour la vérification des plaques d’assise, des boulons d’ancrage, et des fondations.
5. Calcul de structure Optimisé
- Les ingénieurs peuvent utiliser les résultats de l’analyse CFD pour optimiser les dimensions des éléments, réduire l’utilisation inutile de matériaux, et concevoir des structures de charpente plus efficaces.
- Permet une ingénierie de qualité sans compromettre la sécurité.
6. Précision de la vérification des fondations
- CFD permet une estimation précise des moments de renversement, des forces de soulèvement, et du cisaillement au niveau de la base, ce qui permet d’améliorer la vérification des fondations et de réduire le risque de basculement ou de rupture.
7. Visualisation pour la communication avec les clients
- Les résultats CFD offrent des sorties visuelles (lignes de flux, contours de pression, vecteurs de force) qui aident à communiquer clairement le comportement du vent aux parties prenantes, aux clients, et aux autorités.
8. Intégration avec les logiciels de calcul de structure
- Des outils comme RWIND s’intègrent avec RFEM, cela permet un flux de données fluide de la simulation des flux de vent au calcul de structure, le tout dans un seul écosystème.
9. 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
- La CFD s’aligne avec les tendances modernes de calcul de structure basée sur la performance et soutient la validation basée sur la recherche. Cette méthode s’adapte ainsi aux flux de travail d’ingénierie avancée et aux approbations de planification urbaine.