Introduction
Les simulations de charges de vent sont fondamentales pour le processus de calcul de structure et de conception des bâtiments, des tours et une large gamme de structures de génie civil. Ces simulations permettent aux ingénieurs d'évaluer comment le vent interagit avec différents types de structures et d'évaluer avec plus de précision les exigences structurelles qui en résultent. L’intégration d'outils de calcul avancés, tels que le logiciel de soufflerie numérique RWIND et le logiciel d’analyse par éléments finis RFEM, a considérablement amélioré la fiabilité et la profondeur des évaluations liées au vent.
Une limitation courante dans les essais en soufflerie expérimentaux et dans de nombreuses simulations CFD est qu'ils rapportent généralement uniquement les distributions de pression de surface, pas les réactions d’appui qui en résultent. Cependant, les forces et les moments d’appui au niveau de la fondation sont cruciaux pour concevoir des structures stables et sûres. Cet article comble cet angle mort en montrant comment les résultats de pression de RWIND peuvent être importés dans RFEM pour calculer des réactions d’appui précises.
Grâce à ce flux de travail, les ingénieurs peuvent simuler des modèles réalistes d’écoulement du vent, des effets de turbulence et des distributions de pression sur la surface d'une structure, même pour des configurations irrégulières ou non standard, et finalement déterminer les forces et moments transférés au système de fondation ou d’ancrage.
Importance des forces d’appui
Les forces d’appui (ou réactions d’appui) représentent les forces et moments internes qu'une structure transmet à ses appuis en raison des charges appliquées. En ingénierie du vent, ces réactions sont particulièrement importantes pour :
- Concevoir des fondations (par ex., semelles, pieux, boulons d’ancrage)
- Évaluer le soulèvement et le renversement
- Évaluer les forces de glissement latéral
- Vérifier l'équilibre de la structure globale
Les forces d’appui induites par le vent peuvent différer significativement des autres charges statiques en raison de leur nature dynamique, de leurs directions et de leur variabilité en fonction de la hauteur.
Flux de travail dans RFEM et RWIND
Pour obtenir des forces d’appui précises dans RFEM sous charge de vent, un flux de travail typique inclut :
Étape 1 : Modélisation structurelle dans RFEM
- Définir la géométrie, les matériaux et les sections
- Assigner les conditions aux limites (appuis, articulations, contraintes)
Étape 2 : Simulation des charges de vent dans RWIND
- Exporter le modèle RFEM vers RWIND
- Définir les directions du vent, les profils de vitesse, les modèles de turbulence
- Lancer la simulation CFD pour calculer les distributions de pression de surface
Étape 3 : Importation des charges de vent dans RFEM
- Importer la pression de vent CFD comme charges de surface
- Les appliquer automatiquement à la structure comme charges nodales ou élémentaires
Étape 4 : Analyse statique dans RFEM
- Lancer des combinaisons de charges incluant les actions du vent
- Analyser les efforts internes, les déformations et les réactions d’appui
Types de forces d’appui
Dans RFEM, les réactions suivantes sont généralement obtenues :
- Forces horizontales (Fx, Fy) : pression latérale du vent (Disponible dans RWIND et RFEM - Images 1 et 2)
- Forces verticales (Fz) : pression de soulèvement ou descendante (Disponible dans RWIND et RFEM - Images 1 et 2)
- Moments (Mx, My, Mz) : effets de torsion ou de renversement (Disponible dans RFEM - Image 2)
Les ingénieurs peuvent examiner ces réactions par point d'appui ou globalement pour chaque cas de charge et combinaison. Elles sont également des entrées cruciales pour la vérification géotechnique.
Considérations pratiques
- Direction du vent : des directions de vent variables peuvent conduire à différents schémas de réaction, donc les simulations doivent couvrir tous les angles pertinents (par ex., 0°, 45°, 90°, etc.).
- Résolution du maillage dans RWIND : Un maillage de surface fin assure une distribution de pression précise, influençant directement les forces d’appui.
- Combinaisons de charges : les charges de vent doivent être correctement combinées avec les charges permanentes, d'exploitation, et autres charges dynamiques selon les codes applicables (par ex., Eurocode, ASCE 7).
- Effets non linéaires : pour les structures flexibles, les effets de second ordre et l'amplification dynamique peuvent influencer les réactions d’appui.
Conclusion
L’analyse des forces d’appui est une partie fondamentale de la conception sous charges de vent dans RFEM. En combinant les capacités précises de simulation de vent de RWIND avec le moteur puissant d'analyse structurelle de RFEM, les ingénieurs peuvent ainsi assurer la conformité aux normes actuelles, la résistance et la maitrise des coûts de leurs structures. Une extraction et une interprétation correctes de ces forces d’appui sont essentielles pour obtenir des résultats fiables.
