Generowanie obciążeń wiatrem na kopule z podstawą kołową zgodnie z EN 1991-1-4 w RFEM

Artykuł o tematyce technicznej

Obciążenia wiatrem struktury pokazanej na rysunku 01 można podzielić w następujący sposób:

  • Obciążenie wiatrem na ścianach
  • Obciążenie wiatrem kopuły

Rysunek 01 - Magazyn z kopułą na okrągłej podstawie

Obciążenie wiatrem na ścianie

W przypadku powierzchni ścian obciążenia wiatrem są określane zgodnie z [1] , rozdz. 7.9, który mówi, że współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla cylindrów kołowych zależą od liczby Reynoldsa, chropowatości i smukłości powierzchni. W przypadku magazynu pokazanego na rysunku 01 liczba Reynoldsa pod ciśnieniem prędkości 0,70 kN / m² daje 3,35 × 107. Na podstawie [1] , rys. 7.27, współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla liczby Reynoldsa 1,00 × 10 7 są używane przez przybliżenie. Są one wymagane w programie RFEM w celu zdefiniowania współczynnika obciążenia w funkcji kąta obrotu α.

Rysunek 02 - Określenie liczby Reynoldsa i współczynników ciśnienia zewnętrznego

Aby zdefiniować obciążenie zmieniające się wzdłuż obwodu, można użyć typu „Wolne obciążenie zmienne”, które można znaleźć w menu „Wstaw” → „Załaduj”. W odpowiednim oknie dialogowym można najpierw wybrać powierzchnie ścian i zdefiniować kierunek projekcji. Wiatr działa na lokalną oś z powierzchni, dlatego konieczne jest odpowiednie dostosowanie kierunku obciążenia. Należy wybrać pozycję obciążenia tak, aby wszystkie ściany były otoczone rzutem płaszczyzny. Jako wartość obciążenia ciśnienie prędkości jest zdefiniowane zgodnie z [1] , rozdz. 4.5 lub zgodnie z krajowym dokumentem aplikacyjnym.

Ponieważ obciążenie wzdłuż obwodu nie jest stałe, można zaznaczyć pole wyboru „Wzdłuż obwodu: Zmienna”. W ten sposób możliwe jest zdefiniowanie współczynnika obciążenia pod dowolnym kątem wzdłuż obwodu, który zwiększa wartość obciążenia z poprzedniego okna dialogowego. Dla współczynnika k α można bezpośrednio przyjąć współczynnik ciśnienia zewnętrznego (c pe ) dla danego kąta. Najprostszym sposobem jest przygotowanie dokumentu w Excelu, a następnie zaimportowanie parametrów za pomocą Importu Excel. Przed potwierdzeniem wejścia należy zdefiniować oś obrotu i kąt początkowy.

Rysunek 03 - Okno dialogowe dla dowolnych zmiennych obciążeń

Aby wizualnie sprawdzić zastosowane obciążenia, zaleca się zaznaczenie pola wyboru „Rozkład obciążenia” w nawigatorze Wyniki (patrz Rysunek 04). Dla tego sterowania wystarczy obliczyć iterację dla odpowiedniego przypadku obciążenia. Oszczędza to czas w przypadku większych konstrukcji z drobną siatką FE. Dokładność rozkładu obciążenia zależy od siatki FE. Im drobniejsza jest siatka FE, tym dokładniejsze są wartości obciążenia.

Rysunek 04 - Rozkład obciążenia wzdłuż obwodu

Obciążenie wiatrem na kopule

[1] , rozdz. 7.2.8 określa współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla kopuł o prostokątnych i okrągłych podstawach. W przypadku kopuł o okrągłej podstawie współczynniki ciśnienia zewnętrznego należy uważać za stałe wzdłuż dowolnej płaszczyzny prostopadłej do kierunku wiatru. Jak widać w [1] , Rysunek 7.12, współczynniki ciśnienia zewnętrznego mogą dotyczyć trzech obszarów (A, B i C). Obszary pomiędzy mogą być poddane interpolacji liniowej.

Współczynnik ciśnienia zewnętrznego ma wartość -0,65 dla obszaru A, -0,80 dla obszaru B i -0,25 dla obszaru C (patrz rysunek 05). Zgodnie z [1] , Wyrażenie 5.1, wynik ciśnienia wiatru dla ciśnienia prędkości 0,70 kN / m² wynosi -0,46 kN / m² dla Obszaru A, -0,56 kN / m² dla Obszaru B i -0,18 kN / m² dla Obszaru C .

Rysunek 05 - Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla kopuł z podstawą kołową

Obciążenie to można łatwo zdefiniować w programie RFEM przy użyciu wolnych obciążeń prostokątnych, które można wygenerować w menu „Wstaw” → „Obciążenia”. Oprócz zdefiniowania płaszczyzny rzutowania i kierunku obciążenia, możliwe jest rozważenie funkcji liniowej dla rozkładu obciążenia, która obejmuje interpolację między poszczególnymi obszarami, jak wspomniano w poprzednim akapicie. Teraz tworzone są dwa wolne ładunki prostokątne. Jeden jest przeznaczony dla obszaru A do B, drugi dla obszaru B do C (patrz rysunek 06).

Rysunek 06 - Okno dialogowe dla swobodnego obciążenia prostokątnego

Funkcja rozkładu obciążenia może pomóc w kontrolowaniu przyłożonego obciążenia wiatrem. Aby uzyskać lepszą dokumentację efektu obciążenia, możesz opcjonalnie utworzyć sekcję (patrz Rysunek 07).

Rysunek 07 - Rozkład obciążenia na kopule

Rysunek 08 - Rozkład obciążenia na kopule i ścianach

Dalsza informacja

Kopuły są bardzo wrażliwe na działanie obciążenia wiatrem, zwłaszcza gdy są wykonywane na strukturze membrany lub skorupy, a gdy średnica kopuły jest bardzo duża (na przykład w przypadku stadionów) [2] . W tym przypadku nie wystarczy rozważyć tylko obciążenie wiatrem, ale należy również przeanalizować dodatkowe rozkłady naprężeń. Ponieważ [1] nie opisuje wszystkich niekorzystnych efektów wiatru, współczynniki ciśnienia wiatru należy zweryfikować za pomocą testów w tunelu aerodynamicznym na modelu. Dlatego możesz również wziąć pod uwagę efekty położenia kopuły (na przykład dla otaczających budynków).

Odniesienie

[1] Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje - Część 1-4: Działania ogólne - Oddziaływania wiatru ; EN 1991-1-4: 2010-12
[2] DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau): Auslegung zu DIN 1055‑4 . (2011). Berlin.
[3] Taylor, T. (1992). Ciśnienie wiatru na półkulistej kopule. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40 (2), 199–213.

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD