Материал: Строительная механика и конструкции. Сафронов В.С., Козлов А

Рис. 7. Кинетическая энергия турбулентности ветрового потока,

V = 18,203 м/с

Рис. 8. Профиль скорости потока, V = 23,704 м/с

65

Рис. 9. Кинетическая энергия турбулентности ветрового потока,

V = 23,704 м/с

При скоростях V = 18,203 м/с и V = 23,704 м/с картина обтекания такая же, как и в случае V = 5,952 м/с.

Симметричность картины обтекания объясняется тем, что угол атаки ветрового воздействия равен нулю. Завихрения вокруг балки жесткости образуют периодическую силу, частота воздействия которой может совпасть с одной из собственных частот колебаний, и тогда возникнет явление резонанса.

Большую опасность для вантовых мостов представляют автоматические колебания. В случае их возникновения колеблющаяся балка жесткости моста начинает пересекать потоки воздуха, вследствие чего периодичность силового воздействия начинает постоянно изменяться во времени, также как и угол атаки ветровой нагрузки.

Рассмотрим явление галопирования балки жесткости.

Для оценки склонности конструкции к возникновению галопирования (без использования аэродинамической трубы) используется критерий Глауэрта – Ден-Гартога:

масса конструкции, ρ – плотность воздуха.

= 2 43,371 1,116 0,8 = 12,293 м/с.

Рассмотрим характер обтекания сечения при заданной критической скорости и угле атаки α = 6,30 в ANSIS CFX. Результаты проведенных расчетов представлены на рис. 10 – 12.

Рис. 10. Профиль скорости потока, V = 12,293 м/с, α = 6,30

Рис. 11. Кинетическая энергия турбулентности ветрового потока,

V= 12,293 м/с,

α= 6,30

67

Рис. 12. Распределение давления на балку жесткости при V = 12,293 м/с, α = 6,30

При ненулевом значении угла атаки можно видеть несимметричное образование вихрей при обтекании балки жесткости и, следовательно, несимметричное приложение нагрузок по ее ширине. Для появления автоколебаний конструкции необходимо, чтобы частота появившейся подъемной силы (скручивающей конструкцию) совпала с собственной частотой балки жесткости.

Заключение

В настоящем исследовании выполнен анализ воздействия ветрового потока на балку жёсткости прямоугольного поперечного сечения вантового мостового сооружения при помощи программного комплекса ANSIS CFX. Также были проанализированы явления аэродинамической неустойчивости вантовых мостовых сооружений и основные причины, их вызывающие.

Результаты исследования позволяют оценить, в том числе и визуально, достоверность полученных аналитическим расчетом критических скоростей для таких явлений аэродинамической неустойчивости, как резонанс и галопирование. Характер обтекания потоком воздуха балки прямоугольного поперечного сечения соответствует теоретическим и экспериментальным данным, полученным для подобных сооружений в нормативной и научной литературе [1], [4], [6], [7]. Для дальнейшего развития исследований в данном направлении по использованию программного комплекса ANSIS для решения задач аэродинамической устойчивости вантовых мостовых сооружений следует проводить сравнительный анализ с экспериментальными данными, в том числе полученными при помощи аэродинамических труб.

68

Библиографический список

1.Казакевич, М. И. Аэродинамика мостов/ М И. Казакевич. – М: Транспорт, 1987 – 240 с.

2.Соловьев, С. Ю. Аэродинамическая устойчивость большепролетных мостов / С. Ю., Соловьев // Транспортная инфраструктура. – 2016. – №5. – С. 47-49

3.Бахтин, С. А. Проектирование висячих и вантовых мостов: курс лекций / С. А. Бахтин

–Новосибирск: СибГАПС, 1995 – 121 с.

4.Майстренко, И. Ю. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Проектирование мостов (Комбинированные системы)» для специальности 270201 / Казанский государственный архитектурно-строительный университет; сост.: И. Ю. Майстренко. - Казань: КГАСУ, 2012. – 42 с.

5.Петропавловский, А. А. Вантовые мосты/ А. А. Петропавловский. – М.: Москва, 1985.

–224 с.

6.Курченко, В. С. Руководство по расчету зданий и сооружений на воздействие ветра/ В. С. Курченко. – М.: Стройиздат, 1978. – 217 с.

7.Симиу. Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения/ Э. Симиу, Р. Сканлан : пер. с англ. Б. Е. Маслова, А. В. Швецовой; под ред. Б. Е. Маслова. — М.: Стройиздат, 1984. — 360 с., — Перевод, изд.: Wind Effects on Structures / E. Simiu, R. Scanlan (1978).

8.Сафронов, В. С. Расчет висячих и вантовых мостов на подвижную нагрузку – Воронеж: изд-во ВГУ, 1982. – 196 с.

References

1.Kazakevich M.I. Aerodynamics of bridges. M: Transport, 1987. 240 p.

2.Soloviev S.Yu. Aerodynamic stability of large-span bridges. Transport infrastructure. No. 5. 2016. Pp. 47-49.

3.Bakhtin S.A. Design of suspension and cable-stayed bridges: course of lectures. Novosibirsk: SibGAPS, 1995. 121 p.

4.Maistrenko I.Yu. Methodological instructions for practical exercises on the course "Designing Bridges (Combined Systems)" for the specialty 270201. Kazan: KSASU, 2012. 42 p.

5.Petropavlovsky A.A. Cable-stayed bridges. M.: Moscow, 1985. 224 p.

6.Kurchenko V.S. Guidance on the calculation of buildings and structures on the impact of the wind. M.: Stroyizdat, 1978. 217 p.

7.Simiu E., Scanlan R. Wind Effects on Structures. Trans. from English by B.E. Maslova, A.V. Shvetsova. M.: Stroyizdat, 1984. 360 p. (Translation, ed.: Wind Effects on Structures. E. Simiu, R. Scanlan (1978)).

8.Safronov V.S. Calculation of suspension and cable-stayed bridges on a moving load. Voronezh: Publishing House of Voronezh State University, 1982. 196 p.

69