Виявлення впливу вихрового вітрового збудження на напружено-деформований стан сталевих баштових споруд суцільного перерізу

Автор(и)

  • Валерій Вікторович Нужний Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-0400-3204
  • Сергій Іванович Білик Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0001-8783-5892

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306181

Ключові слова:

баштові споруди, вітрова динаміка, вихрове збудження, розрахунок на витривалість, власна частота

Анотація

В роботі досліджувався вплив вихрового збудження при дії вітру на баштові споруди суцільностінчастого перерізу. Не врахування цього впливу разом з проявом явищ фізичного зносу конструкцій при тривалій експлуатації може призводити до аварій споруд. Об’єктом дослідження є баштові споруди із суцільним перерізом, що широко застосовуються в сучасній інфраструктурі – рекламні пілони з світлопрозорою рекламною конструкцією висотами близько 12, 22, 25 м та флагшток висотою 48 м. Розглянуті найбільш часті за проявами коливання за першою власною частотою та формою коливань, які виникають вже при помірних вітрах і відбувається велика кількість коливальних циклів. В цій роботі була визначена та оцінена кількість коливальних циклів на рік на основі архіву метеоспостережень. Виявлено, що кількість коливальних циклів від дії вітрового збудження для прикладу досліджуваних споруд складає від 2,6 до 14,4 млн. на рік, що потребує при проєктуванні обов’язкового обмеження напружень в деталях споруд за умов забезпечення їх витривалості. Величина зусиль від вихрового збудження для досліджуваних конструкцій складає від 2,9 до 43,5 % від зусиль, викликаних впливом фронтального вітру залежно від висоти споруди. Таким чином, виявлено, що вплив вихрового збудження дуже не значний для споруд висотою до 12–15 м і зростає для споруд висотою від 20 м і вище. Були встановлені раціональні форми поперечних перерізів споруд для зменшення впливу вихрового збудження – це перерізи круглого та близького до нього перерізу. У загальному формулюванні це такі перерізи, для яких пікові напруження відносно зусиль в одній площині, перепадають на нейтральну зону для напружень від зусиль в іншій площині. Також надані рекомендації щодо одночасного врахування зусиль від дії фронтального вітру на споруду та вихрових зривів, оскільки обидва прояви дії вітру на баштові конструкції не можна відокремлювати

Біографії авторів

Валерій Вікторович Нужний, Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра металевих і дерев’яних конструкцій

Сергій Іванович Білик, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук

Кафедра металевих і дерев’яних конструкцій

Посилання

  1. Bilyk, S., Tonkacheiev, H., Bilyk, A., Tonkacheiev, V. (2020). Tall von-Mises trusses’ skew-symmetric deformation. Strength of Materials and Theory of Structures, 105, 114–126. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.114-126
  2. Bilyk, S., Tonkacheiev, V. (2018). Determining sloped-load limits inside von Mises truss with elastic support. Materiali in Tehnologije, 52 (2), 105–109. https://doi.org/10.17222/mit.2016.083
  3. Bilyk, S., Bilyk, A., Tonkacheiev, V. (2022). The stability of low-pitched von Mises trusses with horizontal elastic supports. Strength of Materials and Theory of Structures, 108, 131–144. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.108.131-144
  4. Shugaylo, O., Bilyk, S. (2022). Impact of Changes in Process Conditions for Operation of Steel Support Structures of Nuclear Power Plant Equipment and Piping on Their Seismic Resistance. Nuclear and Radiation Safety, 1 (93), 62–70. https://doi.org/10.32918/nrs.2021.1(93).07
  5. Shugaylo, О., Bilyk, S. (2023). Development of Safety Assessment Methods for Steel Support Structures of Nuclear Power Plant Equipment and Piping under Seismic Loads. Nuclear and Radiation Safety, 1 (97), 20–29. https://doi.org/10.32918/nrs.2023.1(97).03
  6. Shugaylo, O., Bilyk, S. (2022). Research of the Stress-Strain State for Steel Support Structures of Nuclear Power Plant Components under Seismic Loads. Nuclear and Radiation Safety, 3 (95), 15–26. https://doi.org/10.32918/nrs.2022.3(95).02
  7. Giosan, I., Eng, P. (2007). Vortex Shedding Induced Loads on Free Standing Structures. Structural Vortex Shedding Response Estimation Methodology and Finite Element Simulation. Available at: https://www.fem.unicamp.br/~phoenics/EM974/PROJETOS/PROJETOS%201%20SEM-13/G1%20CYLINDER%20VORTEX%20SHEDDING/RefBibliograficas/Outras/vortex_shedding.pdf
  8. Youssef, M., Tödter, S., Neugebauer, J., el Moctar, O., Schellin, T. E. (2020). Experimental Investigation of Tip Vortex Influence on VIV of a Circular Cylinder at High Reynolds Numbers. Volume 6A: Ocean Engineering. https://doi.org/10.1115/omae2020-19133
  9. Qin, W., Shi, J., Yang, X., Xie, J., Zuo, S. (2022). Characteristics of wind loads on Twin-Tower structure in comparison with single tower. Engineering Structures, 251, 112780. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112780
  10. Jeyamohan, K., Bandara, C. S., Jayasinghe, J. A. S. C. (2022). Vortex Shedding-Induced Fatigue Analysis for High-Mast Lighting Towers. 12th International Conference on Structural Engineering and Construction Management, 83–94. https://doi.org/10.1007/978-981-19-2886-4_6
  11. Li, Z., Wang, Z., Li, J., Liu, S. (2023). Experimental Study on Vortex-Induced Vibration of Steel Tubes in Transmission Towers at Various Inflow Conditions. Buildings, 13 (1), 252. https://doi.org/10.3390/buildings13010252
  12. Mendis, P., Fernando, S., Holmes, J., Gunawardena, T., Abu-Zidan, Y., Dias, P. (2018). Wind induced fatigue analysis of Lotus Tower Mast. Conference: Australasian Wind Engineering Society Workshop. Victoria. Available at: https://www.researchgate.net/publication/324245003_Wind_induced_fatigue_analysis_of_Lotus_Tower_Mast
  13. Vieira, D., Barros, R. (2017). Tubular steel lattice telecommunication towers, subjected to wind loading and vortex shedding. Proceedings of the 6th International Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering (COMPDYN 2015). https://doi.org/10.7712/120117.5635.20402
  14. Nunez-Casado, C., Lopez-Garcia, O., De Las Heras, E. G., Cuerva-Tejero, A., Gallego-Castillo, C. (2017). Assembly strategies of wind turbine towers for minimum fatigue damage. Wind and Structures, 25 (6), 569–588. https://doi.org/10.12989/was.2017.25.6.569
  15. Rakočević, M., Popović, S. (2018). Calculation procedure for determining wind action from vortex-induced vibration with verification of fatigue strength of steel structures. GRAĐEVINAR, 70 (2018) 9, 793–809. https://doi.org/10.14256/jce.2125.2017
  16. Krishnappa, L., Sander, A., Thoben, K.-D. (2022). Aerodynamic Devices to Reduce/Suppress Vortex Induced Vibrations on a Wind Turbine Tower: A Review. Journal of Physics: Conference Series, 2265 (3), 032053. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2265/3/032053
  17. Wang, D., Zhao, Z., Liu, Y., Ma, Y., Liu, H., Chen, M. (2023). Study on vortex induced resonance mechanism between tower and blade of large wind turbine. Taiyangneng Xuebao/Acta Energiae Solaris Sinica, 44 (10), 306–312. https://doi.org/10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0844
  18. Arhіv pogodi. Available at: https://meteopost.com/
Виявлення впливу вихрового вітрового збудження на напружено-деформований стан сталевих баштових споруд суцільного перерізу

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-28

Як цитувати

Нужний, В. В., & Білик, С. І. (2024). Виявлення впливу вихрового вітрового збудження на напружено-деформований стан сталевих баштових споруд суцільного перерізу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(1 (129), 69–79. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306181

Номер

Том 3 № 1 (129) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Valerii Nuzhnyj, Serhiy Bilyk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.