برآورد مولفه های نیروهای آئروالاستیك بر سازه های بلند

ا كاهش وزن سازه ها ناشی از پیشرفت در ساخت مصالح سبك به تدریج اثرات جریان سیال باد عامل تعیین كننده رفتار سازه ای مطرح گردیده اما متاسفانه تعداد محدودی فرمول بندی تحلیل بمنظور محاسبه مولفه های نیروهای ناشی از باد وجود دارد در نهایت آئین نامه های حاضر فقط به بررسی اثرات استاتیكی باد پرداخته اند كه با توجه به نیازهای موجود كافی بنظر نمی رسد از این نی

برآورد مولفه های نیروهای آئروالاستیك بر سازه های بلند

سازه های هیدرولیكی

چكیده

با كاهش وزن سازه ها ناشی از پیشرفت در ساخت مصالح سبك به تدریج اثرات جریان سیال باد عامل تعیین كننده رفتار سازه ای مطرح گردیده اما متاسفانه تعداد محدودی فرمول بندی تحلیل بمنظور محاسبه مولفه های نیروهای ناشی از باد وجود دارد. در نهایت آئین نامه های حاضر فقط به بررسی اثرات استاتیكی باد پرداخته اند كه با توجه به نیازهای موجود كافی بنظر نمی رسد. از این نیروها جهت آنالیز استاتیكی احساس می شود.

هنگامی كه پاسخ سازه ای باد القائی شامل مجموع اثرات استاتیكی و دینامیكی را بعنوان باد القائی كامل در نظر بگیریم قادر خواهیم بود اثر باد را بر حسب زمان بعنوان یك عملكرد استاتیكی بر سازه فرض نمود و بدین سان تركیبات عملكرد باد شامل میانگین اثرات دینامیك رزونانس و دینامیك غیررزونانس را پیش بینی نمود. البته در این فرآیند باید به تفاوت توزیع فضائی نیروها بر سازه دقت نمود. به عبارتی با بررسی مدل آئروالاستیك مشاهده می شود اهمیت نیروهای برا و القائی در امتداد ارتفاع قابل ملاحظه است بطوریكه پاسخ دینامیكی بر اساس نیروهای برا و كشش القائی تعیین می شود نه نیروهای موجود در امتداد محورهای x وy بعبارتی در واقع اجزاءدینامیك غیررزونانسی و میانگین تغییرات نیروی باد خارجی را دنبال می كنند در حالی كه بخش دینامیك رزونانس توزیع نیروهای داخلی كه در هر ناحیه سازه متناظر با جرم و شتاب محلی سازه است را پیگیری می كنند . در این روش حتماً می بایست بارهای استاتیكی مستقل مورد اصلاح و بهینه سازی قرار گیرند .در سازه های بلند این مسئله منتج به توزیعات جداگانه از بارهای جانبی x و y عمل كننده در حالت استاتیكی نیروی پیچشی در نقاط مختلف در ارتفاع سازه می شود و به عبارتی برای اعضاء سازه ای با عملكردهای ویژه كه متاثر از تركیبات نیروهای باد در جهات مختلف می باشد ورود ضرایب تركیب بار مختلف با توجه به عدم احتمال وقوع همزمان كل مقادیر باد جزیی غیرضروری بنظر می رسد.

مقدمه

در برخورد با اثرات باد بر روی ساختمان ها و سازه های بلند مهندسی عمران همواره این پرسش مطرح بوده كه آیا قادر خواهیم بود با استفاده از روشهای آئین نامه ای و تحلیل به بررسی اثرات و در نهایت پاسخ سازه برسیم . این مسئله با تمایل مهندسان معماری به اشكال جدید و پلانهای پیچیده ابعاد تازه ای یافته است . در هر صورت با عنایت به آنكه اطلاعات ایردینامیكی بیشتر در ارتباط با ساختمانهائی با اشكال قوطی شكل و عمدتاً منفرد بوده چنین اطلاعاتی نمی تواند برای ساختمانهای ناهمگون و گاه هم جوار ساختمانهای بلند دیگر مصداق داشته باشد. از این رو استفاده از اطلاعات تونل باد تكیه گاه اصلی در مطالعه مهندسی باد محسوس می شود.7

در برخورد با اثرات باد می توان به چندگونه با سازه برخورد نمود. در حالت اول برخورد استاتیكی با سازه است به این مفهوم كه میانگین معدل زمان از نیروهای باد پیرامون را در نظر گرفت و در حالت دوم با توجه به جزء دینامیكی و اثر نوسانات آن كه خود ایجاد پدیده تشدید می نماید ساختمان را مورد بررسی قرار داد . همچنین می توان عملكرد باد را همچون یك روند رندوم ساكن محلی در نظر گرفت و با استفاده از تحلیل شرطی و تئوری نوسانات اتفاقی به تخمین نیروهای باد دست زد.

-بررسی و برآورد مولفه نیرو در امتدادهای عمود بر سازه

به منظور ارائه سازه بعنوان یك سیستم ایرودینامیكی با خواص جرم، سختی و میراثی منوط به یك زمان و زمینه متغیر فضائی نیروی باد خارجی در معادله مود بصورت زیر خواهد بود:

كه در آن مختصات كلی حركت می باشد، همچنینومشتقات اول ودوم آن در واحد زمان است وو و و به ترتیب نسبت میراثی ، فركانس طبیعی ، جرم كلی و نیروی كلی در حالت مود j می باشد. در حالت عمومی نیروی وارده در مود j در جریان آشفته خاص در زمان t به عملكرد جمعی نیروهای جریان بر روی سطوح خارجی ساختمان و مشقات زمانی آن بستگی دارد و فرم عمومی آن بصورت خواهد بود. البته استفاده از این روابط بدون ساده كردن فرضیات مشكل است از اینرو با فرض اینكه حركت ساختمان نیروی باد ایرودینامیكی خارجی وارد بر بدنه را تغییر نمی دهد می توان با این نیرو همچون نیروهای استاتیكی یا ساكن برخورد نمود. این تخمین برای اغلب كاربردهای مهندسی باد تخمین های خوبی را در بردارد اما در حالتی همچون ریزش های گردبادی بی ثباتی های ایرودینامیكی ایجاد می شود كه نیاز به مطالعات ویژه ای دارد . در حالت شبه استاتیكی می توان عمل نیروهای ایرودینامیكی را به گونه ای فرض نمود كه اثرات حركت بدنه در یك جریان حركتی توسط باز خوردهای آیرودینامیكی اضافی كه اثرات و ورا مهار می كنند تخمین زده شوند .