Розробка аналітичної моделі нестаціонарного аеродинамічного навантаження для оцінки стійкості металоконструкцій баштового крана
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.356924Ключові слова:
баштовий кран, нестаціонарна аеродинаміка, екстремальний порив, перекидний момент, аналітичне моделюванняАнотація
Об’єкт дослідження – металоконструкції баштових кранів, які зазнають інтенсивного динамічного впливу швидкісного напору екстремального вітрового потоку.
Проблема, що вирішувалася, полягає в недостатній адаптованості існуючих інженерних норм (зокрема EN 13001-2) до оцінки стійкості кранів при дії короткочасних екстремальних аеродинамічних навантажень (шквалистих поривів та віддалених ефектів вибухів). Класичні методи використовують усереднені квазістатичні коефіцієнти і не враховують синергетичний ефект від збігу вектора раптового потоку з динаміки маятникових коливань вантажу.
Отримані результати включають розроблену аналітичну модель швидкісного напору, яка описує динамічні навантаження на стрілу, башту та вантаж крана залежно від їх положення. Визначено аеродинамічні коефіцієнти для ґратчастих конструкцій із урахуванням зміни числа Рейнольдса під час проходження фронту потоку.
Показано, що втрата стійкості зумовлена нелінійною взаємодією швидкісного напору з маятниковими коливаннями вантажу та опором ґратки. Максимальний перекидний момент (до 451 кНм при швидкості потоку 33 м/с) виникає при збігу вектора швидкості потоку з рухом вантажу. Особливості та відмінні риси отриманих результатів полягають у модифікації класичної формули аеродинамічного тиску шляхом інтеграції квадратичного комплексу відносних швидкостей. На відміну від статичних підходів, це дозволяє аналітично описати нелінійне підсилення перекидного моменту внаслідок кінетичної енергії розгойданого вантажу в умовах нестаціонарного обтікання.
Сфера та умови практичного використання отриманих результатів охоплюють інжинірингові та наглядові організації. Модель може бути інтегрована в системи автоматизованого проєктування для розробки алгоритмів протиаварійного захисту на об'єктах з підвищеним ризиком екстремальних вітрових навантажень
Посилання
- Hebiba, A. M., Bouferguene, A., Moon, S., Han, S. (2022). Wind-Wise Automated Stability Analysis for Selection of Tower Crane and Location. Journal of Construction Engineering and Management, 148 (11). https://doi.org/10.1061/(asce)co.1943-7862.0002377
- Tomasi, I., Solazzi, L. (2025). Dynamic Analysis of an Offshore Knuckle-Boom Crane Under Different Load Applications Laws. Applied Sciences, 15 (14), 8100. https://doi.org/10.3390/app15148100
- Ke, C., Long, H., Jiang, J. (2024). Study on the Anti-Progressive Collapse Behavior of Steel Frame Structures under Close-Range Blast Loading. Buildings, 14 (5), 1387. https://doi.org/10.3390/buildings14051387
- Ramos, H., Pickering, E., AlMahri, S., Krishnan, K., Oyebanji, J., Guan, Z. et al. (2023). Experimental evaluation of hybrid lattice structures subjected to blast loading. Additive Manufacturing, 76, 103751. https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103751
- Augustyn, M., Barski, M., Chwał, M., Stawiarski, A. (2023). Experimental and Numerical Estimation of the Aerodynamic Forces Induced by the Wind Acting on a Fast-Erecting Crane. Applied Sciences, 13 (19), 10826. https://doi.org/10.3390/app131910826
- Liu, Q., Zhang, R., Sun, S., Zhang, J. (2024). Aerodynamic Load Variation and Wind-Induced Vibration Analysis of Tower Cranes Under Full Wind Angles. The International Journal of Acoustics and Vibration, 29 (2), 101–115. https://doi.org/10.20855/ijav.2024.29.22016
- Horbatiuk, Ye. V., Volianiuk, V. O., Terentiev, O. O., Sviderskyi, A. T. (2021). Proektuvannia metalokonstruktsiy budivelnykh mashyn. Kyiv: KNUBA, 276. Available at: https://elib.knuba.edu.ua/library/DocumentDescription?docid=KvKNUBA.BibRecord.229775
- Slyusar, V. (2022). Evaluation of reliability indicators of tower cranes. Kompleksni kompozytni konstruktsiyi budivel ta sporud v umovakh voiennoho stanu (CSCS-2022): zb. nauk. pr. za materialamy XIV Mizhnar. nauk.-tekhn. konf. Poltava, 111–112. Available at: http://lib.kart.edu.ua/bitstream/123456789/24205/1/Berestianskaya.pdf#page=111
- CEN - EN 13001-2. Crane safety - General design - Part 2: Load actions. European Committee for Standardization. Available at: https://standards.globalspec.com/std/14373127/en-13001-2
- Zhang, Q., Mei, B., Wang, K., Hu, X., Yang, H., Xu, Y. et al. (2026). Wind-Induced Dynamic Performance and Fatigue Life of a Flat-Jib Tower Crane Across Various Operating Conditions. Buildings, 16 (4), 741. https://doi.org/10.3390/buildings16040741
- Li, Q., Fan, W., Huang, M., Jin, H., Zhang, J., Ma, J. (2023). Machine Learning-Based Prediction of Dynamic Responses of a Tower Crane under Strong Coastal Winds. Journal of Marine Science and Engineering, 11 (4), 803. https://doi.org/10.3390/jmse11040803
- Kang, H., Gao, J., Wang, S., Zhou, K., Huang, C. (2024). Research on Stability of Tower Crane based on ANSYS Software. Frontiers in Computing and Intelligent Systems, 8 (3), 74–79. https://doi.org/10.54097/dfa06z68
- Kobets, A. S., Dyrda, V. I., Kozub, Yu. H., Raksha, S. V., Ovcharenko, Yu. M. (2014). Pidiomno-transportni mashyny. Starobilsk, 217. Available at: https://elib.knuba.edu.ua/library/DocumentDescription?docid=KvKNUBA.BibRecord.210047
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Ievgenii Gorbatyuk, Oleg Bulavka, Oleksandr Terentiev, Vitalii Borodynia, Volodymyr Sliusar
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.
