Особенности ветрового воздействия на конструкцию стальной гиперболической градирни

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: строительная аэродинамика, ветровая нагрузка, башенные стальные градирни, критерии подобия, тензометрические весы, локальные аэродинамические коэффициенты
Анотация:

Введение. В работе рассмотрены методы анализа воздействия ветрового потока на башенную каркасно-обшивную 12-гранную стальную градирню (БСГ) площадью орошения 1600 м². Основной целью проведения численных и экспериментальных исследований обтекания ветровым потоком БСГ является верификация полученных экспериментальных данных в аэродинамической трубе, а также выбора модели турбулентности, наиболее точно описывающей полученные явления при проведении экспериментальных исследований. Разработка башенных каркасно-обшивных стальных градирен сталкивается с рядом нерешенных задач, что значительно усложняет процесс проектирования. Главное препятствие – отсутствие в действующих нормативных документах четко обоснованных значений нагрузок и воздействий на подобные сооружения. Ветровое воздействие, будучи непостоянным по силе и направлению, оказывает значительное влияние на несущую способность градирни, с учетом ее формы. Данные исследования позволяют не только уточнить расчетные значения ветрового давления, но и разработать более эффективные методы расчета нагрузок на градирни.

Материалы и методы. Работа основана на использовании таких подходов строительной аэродинамики как тензометрические весовые исследования, метод дренирования моделей, методы визуализации ветрового потока «велосиметрия», или теневой метод, метод шелковинок, позволяющие всецело оценить поведение конструкции в ветровом потоке. С использованием софта AutoCAD CFD выполнен численный анализ с последующим сопоставлением полученных результатов данных с экспериментальными исследованиями. В ходе выполнения экспериментальной части исследования применялись модели, выполненные посредством 3D-печати для продувки в строительной аэродинамической трубе, учитывая каркас стальной обшивки градирни для определения действительных эпюр распределения давления ветра на башенную каркасно-обшивную градирню гиперболической формы с учетом сезонности эксплуатации, а также стадий возведения, для выявления наиболее неблагоприятных расчетных ситуаций влияния ветрового воздействия.

Результаты. Определены значения коэффициентов полного ветрового давления Сx, Cy, CMz, подтверждающие высокую сопоставимость экспериментальных данных в пределах от 95 % до 100 % с СП. Значения и характер распределения локальных аэродинамических коэффициентов Cp отличаются от предлагаемых в нормативных документах пиковых значений при активном давлении от 30 % до 50 %, протяженностью области и зон с отрицательными давлениями, возникающими при сходе вихря, выявлена независимость аэродинамического коэффициента Сp от числа Рейнольдса R_e в пределах от 2,71 × 10⁵ до 3, 29 × 10⁵. Выполнено обоснование теории Reynolds Averaged Navier-Stokes SST k-ω DES расчета, наиболее точно описывающего характер обтекания расчетных моделей ветровым потоком.

Выводы. Данные экспериментальных исследований позволили установить значения коэффициентов полного ветрового давления, критериев подобия, а также значения и характер распределения локальных аэродинамических коэффициентов на конструкцию градирни. По результатам проведенных численных и экспериментальных исследований предложена уточненная методика нормирования ветрового воздействия на каркасно-обшивную 12-гранную стальную градирню площадью орошения 1600 м² с учетом сезонности эксплуатации и этапов возведения.