Wind load

Ветер как нагрузка

Ветер - климатическая кратковременная нагрузка. Основной сложностью данного вопроса является то, что ветровое воздействие должно рассматриваться как стохастический (случайный) процесс. То есть мы не можем, например, зафиксировать ветровое давление во времени и задать его равномерным в пространстве. Во-первых, в разных точках объекта, на который воздействует ветер, будет разное давление. Во-вторых, спустя небольшой промежуток времени картина может измениться и давление станет значительно больше или меньше. Поэтому для работы с данной нагрузкой используют законы и методы теории вероятности.

Ветровая нагрузка зависит от:

1. Местности - скорость ветра (в СП - нормативное значение ветрового давления).
2. Местности - шероховатость поверхности (в СП - тип местности).
3. Положения здания в пространстве с учетом угла атаки ветра и расположенных рядом препятствий (в СП - аэродинамические коэффициенты).
4. Габаритов здания - высота (в СП k(ze) - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты ze; ζ(ze) - коэффициент пульсации давления ветра).
5. Габаритов здания - высота, ширина (в СП υ - коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления).
6. Динамических характеристик здания - собственные частоты колебаний (в СП от них зависит ξ - коэффициент динамичности)
7. Динамических характеристик здания - демпфирующие характеристики (в СП от них зависит логарифмический декремент).
8. Динамических характеристик здания - динамический отклик конструкции (по СП - участвует только в динамическом расчете).
9. Математическая модель - спектры Давенпорта, Кармана и другие (в СП зашит спектр Давенпорта, но для динамического расчета в том числе возможно использовать другие).

В зависимости от значения собственных частот, согласно СП, допустимо задавать ветровую нагрузку квазистатической с динамическим коэффициентом или без.

Ветровую нагрузку принято делить на среднюю и пульсационную составляющие.

Способы выполнения динамического расчета:

1. Квазистатический метод. Данный способ заложен в частности в ЛИРУ Сапр. Суть метода:

• Вычисляется средняя составляющая ветровой нагрузки.
• Вычисляется коэффициент пульсаций скорости(давления) ветра.
• В зависимости от метода расчета вычисляется или нет коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра. В некоторых методах данный коэффициент совмещен с коэффициентом динамичности.
• Вычисляются собственные частоты колебаний и соответствующие им собственные формы.
• Численно вычисляются среднеквадратичные отклонения перемещений, ускорений и усилий в узлах конструкции для каждой собственной формы.
• Среднеквадратичные отклонения умножается на коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки.
• Вычисляется корень квадратный из суммы квадратов перемещений(усилий) по каждой собственной форме, тем самым получаются искомые значения перемещений, ускорений и усилий в узлах конструкции.

Необходимость использования теории вероятностей в частности возникает, когда, зная спектральную плотность вынуждающей нагрузки (например, спектр Давенпорта), мы получаем автоспектр функций перемещений (усилий). А отсюда уже можно найти дисперсию и среднее квадратичное отклонение случайной величины. Зная дисперсию, мы можем найти такое абсолютное значение отклонения случайной величины от среднего значения, вероятность превышения которого мала. В СП данное значение задано равным 3σ, где σ - среднеквадратичное отклонение. Коэффициент, на который умножается среднеквадратичное отклонение называется коэффициентом обеспеченности пульсационной составляющей ветровой нагрузки. На него умножаются среднеквадратичные отклонения перемещений (усилий), полученные из численного динамического расчета.

Коэффициент динамичности учитывает совместную реакцию сооружения по к-ой и kj-ой формам.

Спектральная плотность сигнала характеризует распределение энергии или мощности сигнала по диапазону частот. Спектральная плотность энергии - это как у нас энергия распределяется по частотному диапазону. Чем больше спектральная плотность при какой-то частоте, тем большая энергия на ней сосредоточена.

Часто рисуют спектр Ван дер Ховена, но есть и другие спектры