Введение
Симуляции ветровых нагрузок являются основополагающими для процесса структурного анализа и проектирования зданий, башен и широкого спектра гражданских инженерных сооружений. Эти симуляции позволяют инженерам оценивать, как ветер взаимодействует с различными типами конструкций и с большей точностью оценивать возникающие структурные требования. Интеграция продвинутых вычислительных инструментов, таких как программное обеспечение для численного аэродинамического туннеля, например, RWIND, и платформы конечных элементов, такие как RFEM, значительно улучшила надежность и глубину оценок, связанных с ветром.
Ограничением как экспериментальных испытаний в аэродинамической трубе, так и многих CFD симуляций является то, что они обычно сообщают только о распределении давления на поверхности, а не о возникающих реакциях опор. Однако опорные силы и моменты на уровне фундамента имеют решающее значение для проектирования стабильных и безопасных конструкций. Эта статья решает данную проблему, показывая, как результаты давления из RWIND могут быть импортированы в RFEM для расчета точных реакций опор.
Через этот рабочий процесс инженеры могут моделировать реалистичные ветровые потоки, эффекты турбулентности и распределение давления по поверхности конструкции, даже для нерегулярных или нестандартных конфигураций, и в конечном итоге выводить силы и моменты, передаваемые системе фундамента или анкеровки.
Значение опорных сил
Опорные силы (или реакции опор) представляют собой внутренние силы и моменты, которые конструкция передает опорам из-за приложенных нагрузок. В ветровой инженерии эти реакции особенно важны для:
- Проектирования фундаментов (например, основания, сваи, анкерные болты)
- Оценки подъемных и опрокидывающих моментов
- Оценки боковых сил скольжения
- Проверки равновесия всей конструкции
Индуцированные ветром опорные силы могут значительно отличаться от других статических нагрузок из-за своей динамической природы, направленности и изменчивости высот.
Рабочий процесс в RFEM и RWIND
Для получения точных опорных сил в RFEM под действием ветровых нагрузок типичный рабочий процесс включает:
Шаг 1: Моделирование конструкции в RFEM
- Определение геометрии, материалов и сечений
- Назначение граничных условий (опоры, шарниры, ограничения)
Шаг 2: Симуляция ветровых нагрузок в RWIND
- Экспорт модели RFEM в RWIND
- Определение направлений ветра, профилей скоростей, моделей турбулентности
- Запуск CFD симуляции для расчета распределений давления на поверхности
Шаг 3: Импорт ветровых нагрузок в RFEM
- Импорт CFD давления ветра как поверхностных нагрузок
- Автоматическое применение их к конструкции как узловых или элементных нагрузок
Шаг 4: Статический анализ в RFEM
- Запуск комбинаций нагрузок, включая действия ветра
- Анализ внутренних сил, деформаций и реакций опор
Типы опорных сил
В RFEM типично получают следующие реакции:
- Горизонтальные силы (Fx, Fy): Боковое ветровое давление (Доступно в RWIND и RFEM - Изобр. 1 и 2)
- Вертикальные силы (Fz): Подъемное или нисходящее давление (Доступно в RWIND и RFEM - Изобр. 1 и 2)
- Моменты (Mx, My, Mz): Торсионные или опрокидывающие эффекты (Доступно в RFEM - Изобр. 2)
Инженеры могут оценивать эти реакции для каждой точки опоры или в целом для каждого случая нагрузки и комбинации. Они также являются важными входными данными для геотехнической проверки.
Практические соображения
- Направление ветра: Изменяющиеся направления ветра могут приводить к различным реакционным паттернам, поэтому симуляции должны охватывать все важные углы (например, 0°, 45°, 90° и т.д.).
- Разрешение сетки в RWIND: Тончайшая сетка поверхности обеспечивает точное распределение давления, напрямую влияющее на опорные силы.
- Комбинации нагрузок: Ветровые нагрузки должны быть правильно сочетаны с постоянными, временными и другими динамическими нагрузками в соответствии с применяемыми нормами (например, Еврокод, ASCE 7).
- Нелинейные эффекты: Для гибких конструкций второпорядковые эффекты и динамическое усиление могут влиять на реакции опор.
Заключение
Анализ опорных сил является основополагающей частью проектирования конструкций на ветровые нагрузки в RFEM. Объединяя точные способности симуляции ветра RWIND с мощным движком структурного анализа RFEM, инженеры могут быть уверены, что их конструкции являются безопасными, экономичными и соответствуют современным стандартам проектирования. Надлежащее извлечение и интерпретация этих опорных сил являются ключом к достижению надежных результатов и успешных инженерных решений.
