4. МЕЂУНАРОДНА КОНФЕРЕНЦИЈА Савремена достигнућа у грађевинарству 22. април Суботица, СРБИЈА

Transcript

1 4. МЕЂУНАРОДНА КОНФЕРЕНЦИЈА Савремена достигнућа у грађевинарству. април 06. Суботица, СРБИЈА АНАЛИЗА УТИЦАЈА УСЛЕД ДЕЈСТВА ВЕТРА НА ПРИМЕРУ ЦИЛИНДРИЧНОГ ТВ ТОРЊА ПРЕМА ЕВРОКОДУ Петар Кнежевић Mиливоје Милановић УДК: DOI:0.445/konfncijaGFS Резиме: Поступци одређивања утицаја дејства ветра су дефинисани према СРПС ЕН 99-4 за различите типове конструкција. У овом раду ће на примеру ТВ торња, цилиндричног попречног пресека, променљивог по висини, бити дат детаљан приказ прорачуна утицаја услед ветра код оваквих конструкција са освртом на евентуалне проблеме у препорукама СРПС ЕН 99-4, као и на апроксимације потребне за примену наведених препорука и поступака. Кључне речи: Дејство ветра, брзина ветра, коефицијент силе,пригушење.. УВОД Високи објекти у грађевинарству су изложени дејству ветра а њихово понашање зависи не само од саме конструкције, већ и од природе струјања ваздуха, као и од амбијента у ком се налази. Како су овакве конструкције еластичне, а изложене су дејству аеродинамичких сила, њихово понашање услед дејства ветра се назива аероеластично понашање. Како су аеродинамичке силе стохастички променљиве величине, њихово одређи-вање и одређивање утицаја које изазивају у конструкцијама представља тежак и сложен задатак. СРПС ЕН даје препоруке и дефинише процедуре за про-рачун конструкција изложених дејству ветра уз дефинисање спољашњих сила и аеродинамичког понашања саме конструкције. Како СРПС ЕН дефинише параметре и коефицијенте за конструкције једноставније конфигурације, на следећем нумеричком примеру ће бити приказане неопходне апроксимације и евентуални недостаци примене наведеног стандарда при прорачуну утицаја у конструкцијама услед ветра.. УЛАЗНИ ПАРАМЕТРИ Изглед торња Assist.PhD, Stat Unisity of Noi Paza, Noi Paza, Sia, Assist. PhD, Stat Unisity of Noi Paza, Noi Paza, Sia, ЗБОРНИК РАДОВА МЕЂУНАРОДНЕ КОНФЕРЕНЦИЈЕ (06) 69

2 4 th INTERNATIONA ONFERENE ontoay achints in ciil ngining. Ail 06. Suotica, SERBIA Приказ армиранобетонског ТВ торња дат је на слици. Укупна висина торња, не рачунајући антену је H = 7м. Торањ је углавном константног попречног пресека и састоји се из следећих целина: цилиндар I, простире се првих 80м (спољашњи пречник 8м и дебљине зида м), платформа, простире се до коте од 0 м (спољаш. пречник 30м и висина м), цилиндар II, простире се изнад платформе (спољашњи пречник 4м, висина 5м и дебљине зида 0.5м). Подаци о околини ТВ торањ се налази на субурбаној, релативно равној површини у близини села и шуме. У његовој близини се не налазе брда и гребени. Према расположивим метеоролошким подацима, може се претпоставити основна брзина ветра од 5 s / Спољашње оптерећење Тежина конструкције је срачуната према датим димензијама и запреминској тежини бетона. Такође је претпостављено површинско оптерећење q = 7 kn/м, које делује на целој површини обе кружне плоче платформе (оптерећење представља додатно стално и повремено оптерећење). При прорачуну тежине спољашњег зида галерије између две кружне плоче, узето је да је 75% површине од стакла, тежине kn/м. Слика - Диспозиција конструкције ТВ торња 70 ONFERENE PROEEDINGS INTERNATIONA ONFERENE (06)

3 4. МЕЂУНАРОДНА КОНФЕРЕНЦИЈА Савремена достигнућа у грађевинарству. април 06. Суботица, СРБИЈА 3. АНАЛИЗА ДЕЈСТВА ВЕТРА Улазни подаци Основна брзина ветра: Субурбан, релативно раван терен у близини шуме и села: III категорија терена z.3 z II 0.05 z 5 z 00 (Tal 4., EN / 0 0 0, in a Терен без брда и гребена у непосредној близини: s 0 4) Брзина и притисак ветра Фактор терена: 0.07 z k z0, II 0.05 Коефицијент храпавости терена: z k ln za z in z z a z 0 ( z in ) za z z in Средња брзина ветра: 0 Основни притисак услед ветра: q N Интензитет турбуленције: kl I za zin z z 0 lnz z0 lnz z0 I za z zin lnz in z0 Ударни притисак ветра q 7 ( ) I z a () () (3) (4) (5) (6) Коефицијенти силе Приликом одређивања коефицијената силе, извршена је декомпозиција конструкције на три релевантна дела, ради боље апроксимације дејства ветра на конструкцију променљиве геометрије. Цилиндар I, z 80 d 8 ν = кинематичка вискозност ваздуха / s I 0.79 q 7.8 N ЗБОРНИК РАДОВА МЕЂУНАРОДНЕ КОНФЕРЕНЦИЈЕ (06) 7

4 4 th INTERNATIONA ONFERENE ontoay achints in ciil ngining. Ail 06. Suotica, SERBIA q ( z ) 44.3 /s ( z ) 6 R Рејнолдсов број Облога: груби бетон k = k A f 0.8 log0 k f, logR 0 l ефективна виткост A A c 0.68 f f, Платформа, z 0 d s 6 ν = кинематичка вискозност ваздуха / s I 0.76 q N q ( z ) /s ( z ) R Реjнолдсов број Облога: стакло k = A f k f, 0 l fktina itkost 6 A A c 0.64 f f 0.768, 0 Цилиндар II, z 7 d ν = кинематичка вискозност ваздуха (7) (8) (9) (0) () () (7) (8) (0) () () 7 ONFERENE PROEEDINGS INTERNATIONA ONFERENE (06)

5 4. МЕЂУНАРОДНА КОНФЕРЕНЦИЈА Савремена достигнућа у грађевинарству. април 06. Суботица, СРБИЈА / s I 0.65 q N q ( z ) 47.8 /s ( z ) 6 R Рејнолдсоо в број Облога: груби бетон k = k A f 0.8 log0 k f, logR 0 l ффективнвиткост 4 A A c f f, (7) (8) (9) (0) () () Коефицијент конструкције - s d Приликом одређивања овог коефицијента, коришћене су препоруке из СРПС ЕН 99--4, прилог Б. Као референтна висина z је усвојена висинска кота положаја тежишта платформе, што је у аналогији са конструкцијама у облику знакова. При даљој анализи коришћени су параметри ветра за референтну висину z = 9.684м, док је при одређивању вредности Рејнолдсовог броја, објекат апроксимиран цилидром висине 7м и пречника 8м. z d 8 ν = кинематичка вискозност ваздуха / s I 0.75 q 39.3 N q ( z ) /s R ( z 6 ) Рејнолдсов број Коефицијент изворног дејства - B Реални објекат, укупне референтне површине A f = 38м се апроксимира цилиндром висине 7м и пречника 8м приликом одређивања R. z t z t за zin z где је: t = 300м референтна дужина скале (7) (8) (3) ЗБОРНИК РАДОВА МЕЂУНАРОДНЕ КОНФЕРЕНЦИЈЕ (06) 73

6 4 th INTERNATIONA ONFERENE ontoay achints in ciil ngining. Ail 06. Suotica, SERBIA z t = 00м референтна висина α = ln(z 0) = 0.60 B h 0.9 z s (4) Коефицијент резонантног одговора - R Природна фреквенција објекта за први тон осциловања, коришћена при одређивању коефицијента резонантног одговора R, добијена је коришћењем програмског пакета TOWER 6 и износи n,= 0.396Hz. Еквивалентна маса по јединици дужине торња, апроксимира се масом по јединици дужине горње трећине торња, која износи = 53.7 t/м. f ( z, n n, ) z z, f ( z, n, ) S ( z, n, ) 5 / 3 0. f ( z, n ) 4.6 z 4.6h h z R R h f ( z, n f ( z, n ),, h h h ), (5) (6) (7) (8) (9) 0.6 (0) Приликом одређивања коефицијента конструкције s d треба узети и обзир пригушење преко логаритамског декрамента пригушења: s a d 0,048 () Где је: δ s = 0. структурални логаритамски декремент пригушења) f z a аеродинамички логаритамски декремент () n, пригушења,при чему је f = 0.65 δ d = 0 логаритамски декремент пригушења услед постојања различитих уређаја за пригушење (дампери). Нешто неекономичније решење ће се добити уколико се усвоји да је аеродинамички декрамент пригушењa δ a једнак 0, али се тиме избегавају многобројне несигурности при одређивању овог феноменa. Вредност резонантног фактора R се рачуна као: 74 ONFERENE PROEEDINGS INTERNATIONA ONFERENE (06)

7 4. МЕЂУНАРОДНА КОНФЕРЕНЦИЈА Савремена достигнућа у грађевинарству. април 06. Суботица, СРБИЈА R S ( z, n, ) Rh h Коначно, коефицијент конструкције се израчунава као: R (3) k I z B R sd 7I z (4) Где је: k ln T 0.6 ln T ударни коефицијент (5) R n, 0.36 Hz 0. 08Hz - учесталост прекорачења (6) R B T = 600s период осредњавања средње брзине Силе услед ветра Сходно претходној подели конструкције на целине приликом одређивања коефицијената силе, јавиће се и три концентрисане силе услед ветра које делују на одговарајућим референтним висинама z. Свака од концентрисаних сила услед ветра се рачуна на следећи начин: F q z A w s d f (7) ff Целине z [] s d [/] f [/] q (z ) [N/ ] A f [ ] F w [kn] Цилиндар I Платформа Цилиндар II УТИЦАЈИ У КОНСТРУКЦИЈИ Помоћу програмско пакета TOWER 6 добијени су следећи максимални утицаји: максимално померање (врха) торња: u a =.53c максимални моменат: am y = kn Пошто се максимални моменат јавља при дну торња, максимални напон услед дејства ветра ће бити: a a M y y / a kn MPa I y (8) 5. ЗАКЉУЧАК Анализа дејства ветра на конструкције, у домену аероеластичности, представља комплексан задатак, који зависи од више параметара. Поред параметара околине, и ЗБОРНИК РАДОВА МЕЂУНАРОДНЕ КОНФЕРЕНЦИЈЕ (06) 75

8 4 th INTERNATIONA ONFERENE ontoay achints in ciil ngining. Ail 06. Suotica, SERBIA саме природе струјања ваздуха, у обзир се мора узети и еластично понашање конструкције и њене динамичке карактеристике, при осцилацијама побуђеним стохастичним дејством ветра. СРПС ЕН даје довољно тачне и прецизне поступке за одређивање замењујућих сила услед ветра за различите типове конструкција, произвољних облика. Могућности примене ових процедура на конструкцијама сложених облика, леже у могућности расчлањавања конструкције на елементарне делове и површине, за које су дефинисане процедуре у СРПС ЕН Међутим, анализа аероеластичног понашања конструкције намеће потребу разматрања конструкције као целине, чиме се наилази на потешкоће код анализе конструкција сложених облика, који нису директно дефинисани у СРПС ЕН Конкретно за дефинисање коефицијента конструкције s d и параметара конструкције који фигуришу у њему, попут Рејнолдсовог броја, Морају се извршити одређене апроксимације самог модела конструкције, како би одговарао понуђеним моделима и процедурама. Сама тачност и поузданост апроксимација зависи од стручности самог пројектанта и његовог искуства у анализи оваквих конструкција. ЛIТЕРАТУРА [] SRPS EN 99--4, Euocod : Action on stuctus - Pat -4: Gnal actions - Wind actions (005). [] Guid to us of EN 99--4, Datnt of ounitis and ocal Gont: ondon, St 006. [3] N.ook, Dsigns Guid to EN Euocod : Action on stuctus. Wind actions (007). [4].Sigund, Wokd als in accodanc with Euoan Standads EN/T 50 and Stuctual Euocods (EN 990/EN 99)(04). WIND OAD ANAYSIS OF YINDRIA TV TOWERN BY EUROODE Suay: Pocdus of dtining th wind load ffcts a dfind y EN 99-4 fo diffnt tys of stuctus. In this a at th al of TV tow, with cylindical coss-sction, aial y hight, will gin a dtaild calculation of wind loads ffcts in ths stuctus with fnc to ntually issus in th condations gin y SRPS EN 99-4 as wll as th aoiations ncssay fo th ilntation of thos condations and ocdus.. Kywods: Wind loads, wind locity, foc cofficint, duing. 76 ONFERENE PROEEDINGS INTERNATIONA ONFERENE (06)