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2019-11-04

矩形,圆形结构构件上的风荷载

带圆角结构构件的风荷载是一个复杂的问题。 Die Ersatzkräfte aus der Windbelastung hängen von der Stärke der umströmenden Windbelastung sowie der Bauteilgeometrie selbst ab.

风能规范EN 1991-1-4给出了一种计算概念,包括空气动力学值和折减系数。 这些规范最终在结构构件上产生了风力。 没有给出结构构件周围的风压分布。 因此,风力是基于以下关系式:

; F W =(C S)Çd⋅ 全称 ⋅q P构成(Z E)⋅一个REF
值:
CSCd 考虑到风压峰值(c s )以及在整个面上不是同时出现峰值风压以及风振(c d )引起的类似共振的动态预振的两部分结构系数
C[F12] 建筑对象或建筑对象截面的受力系数
q p (z e )... 在参考高度z e处的峰值速度压力
参考... 建筑对象或建筑对象截面的参考面

如果在风速恒定的情况下考虑的结构构件是刚性的,不屈服的刚体,则风力的确定简化为以下定律:

; F W = 全称 ⋅q⋅一个REF

对于截面为二次圆的非细长结构构件,力系数c f的计算公式[1]

全称 = C 0⋅Ψ[R⋅Ψλ
值:
c f,0... 截面的基本力系数
Ψr 考虑二次截面圆角的折减系数
Ψλ 考虑有效长细比λ的折减系数取决于刚度比φ
φ 考虑迎风面渗透率的固结比

常规计算风荷载

根据[1] ,这些构件属性

通过示例得出力系数c f = 0.97。

该值基于基本力系数c f,0 = 2.15,取决于长宽比d/b = 280 mm/280 mm = 1,

折减系数Ψr = 0.75,取决于半径高宽比r/b = 28 mm/280 mm = 0.1,

最后缩小因子Ψλ= 0.6依赖于长细λ= 1假定全闭部件表面φ= 1。

施加到基准面上的速度压力q = 563 N/m²A ref = 280 mm⋅280 mm = 0.0784m²得出:

q = 0.5⋅ρ⋅v²
值:
ρ 空气密度1.25 kg/m³
eqv 风速

因此,在结构构件上沿风向作用的风力F w = 0.97⋅563 N/m²⋅0.0784m²= 43N。

数值计算风荷载

如果除了该风力F w之外还需要在构件上施加风压分布,则可以例如通过CFD分析计算在构件上相应的压力分布。 假设构件位于数值风洞中,构件上的压力分布取决于构件周围的压力和速度分布。

RWIND Simulation程序可以基于3D有限体积网格对建筑物或其他物体周围的风流进行数值模拟。 应用程序会自动生成该网格,并根据模型调整相互关联的单元尺寸。 有限体积单元越靠近模型面,生成的网格就越细。 该程序使用OpenFOAM网格生成器(SnappyHexMesh)进行建模。 用于计算不可压缩湍流的固定式SimpleFOAM求解器用于计算模型面上的风和风压。

对于给定的示例,RWIND Simulation计算得出相似的风力F w = 41N。 除了计算结果外,程序还显示结构构件周围的压力和风速分布,以及结构构件上的压力分布。


作者

Niemeier 先生负责 RFEM、RSTAB、RWIND Simulation 以及膜结构领域的开发。 他还负责质量保证和客户支持。

链接
参考
  1. 欧洲规范 1: 结构作用 - 第1-4部分: 一般作用,风荷载BS EN 1991-1-4:2010-12
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