Publikowanie artykułów jest możliwe po podpisaniu zgody na przeniesienie licencji na czasopismo.
Wzbudzenie wirowe budowli wieżowych o kołowych przekrojach poprzecznych.
Tomasz Lipecki
Katedra Mechaniki Budowli; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-2867-773X
Abstrakt
Głównym tematem, poruszonym w niniejszej pracy jest opisanie zjawiska wzbudzenia wirowego występującego na konstrukcjach o przekrojach kołowych, z pominięciem innego rodzaju obciążeń poprzecznych (powodowanych fluktuacjami kierunku wiatru czy interferencją aerodynamiczną). W pracy przedstawiono teoretyczne podstawy nowego modelu matematycznego krytycznego wzbudzenia wirowego konstrukcji o przekrojach kołowych. Wszystkie obliczenia zostały przeprowadzone przy użyciu własnego programu komputerowego stanowiącego implementację numeryczną modelu. Stworzony program pozwolił na symulację zarówno obciążenia poprzecznego powodowanego wirami jak i odpowiedzi konstrukcji (wyrażonej za pomocą przemieszczeń) na to obciążenie. Symulacja wzbudzenia wirowego odbywa się w czasie rzeczywistym na podstawie otrzymanych przemieszczeń poprzecznych konstrukcji. Na uzyskanych wynikach przeprowadzono analizę wrażliwości pozwalającą określić znaczenie poszczególnych parametrów modelu matematycznego dla odpowiedzi konstrukcji. Końcowe wyniki, dotyczące maksymalnych, poprzecznych przemieszczeń konstrukcji, otrzymane z obliczeń według własnego modelu zostały zweryfikowane na podstawie dostępnych w literaturze rezultatów badań eksperymentalnych w skali naturalnej przeprowadzonych na kominach stalowych i żelbetowych. Dokonano również porównania otrzymanych przemieszczeń z rezultatami obliczeń przeprowadzonych według obecnie obowiązujących procedur normowych. Przedstawiono także dodatkowe aspekty wzbudzenia wirowego, takie jak: wpływ korozji płaszcza komina stalowego oraz sprzężeń zwrotnych między odrywającymi się wirami a drganiami poprzecznymi na odpowiedź poprzeczną analizowanych konstrukcji.
Słowa kluczowe:
Wzbudzenie wirowe, obciążenie porzeczne, kominy stalowe, kominy żelbetoweBibliografia
Flaga A., Nieliniowy, amplitudowo zależny, samoograniczony model zjawiska synchronizacji częstotliwości przy wzbudzeniu wirowym, Księga Jubileuszowa Profesora Z. Kączkowskiego, Warszawa, 1996, pp.: 141-149 (in Polish).
Google Scholar
Flaga A., Wind vortex-induced excitation and vibration of slender structures. Single structure of circular cross-section normal to flow, Monograph 202, Cracow, Poland, 1996.
Google Scholar
Flaga A., Nonlinear amplitude dependent self-limiting model of lock-in phenomenon at vortex excitation, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 69-71 (1997) 331-340.
DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00166-9
Google Scholar
Flaga A., Universal formulae for power spectral density of vortex-induced excitation of elastically supported circular cylinder, 4th BBAA, Bochum, Germany, 2000, pp.: 625-629.
Google Scholar
Lipecki T., Vortex excitation of tower-like structures of circular cross-sections, Thesis, Lublin, Poland, 2006 (in Polish).
DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.2305
Google Scholar
Flaga A., Lipecki T., Comparative study of vortex excitation for various tower-like structures, Proc. 10th ICWE, Copenhagen, Dania, 1999, pp.: 423-430.
Google Scholar
Flaga A., Lipecki T., Simulation of across-wind action caused by vortex excitation, Proc. 4th EACWE, Praha, Czech Republik, 2005, pp.:112-113.
Google Scholar
Flaga A., Lipecki T., Implementacja numeryczna własnego modelu wzbudzenia wirowego, Inżynieria i Budownictwo 8 (2005) 428-431 (in Polish).
Google Scholar
Flaga A., Lipecki T., Wzbudzenie wirowe konstrukcji wieżowych o przekroju kołowym zmiennym wzdłuż wysokości, Proc. 3rd Symp. Env. Effects on Building and People, Zwierzyniec, Poland, 2001, pp.: 45-54.
Google Scholar
Flaga A., Lipecki T., Generation of vortex excitation of slender structures. Proc. 4th Symp. Env. Effects on Building and People, Susiec, Poland, 2004, pp.: 15-18.
Google Scholar
Lipecki T., Flaga A., Influence of corrosion of steel chimneys on its response under vortex excitation, Proc. 12th ICWE, Cairns, Australia, 2007, pp.: 983-990.
Google Scholar
Flaga A., Błazik-Borowa E., Podgórski J., Aerodynamics of slender structures and bar-cable structures, Monograph, Lublin Technical University, 2004 (in Polish).
Google Scholar
Flaga A, Lipecki T., Special aspects of slender structures vortex excitation, in Monograph: Environmental effects on building, structures, materials and people, Lublin, 2007, 291-302.
Google Scholar
Lipecki T., The Use of Sensitivity Analysis in Identification of Vortex Excitation Parameters, in Monograph: Environmental effects on building, structures, materials and people, Lublin, 2007, pp.: 11-22.
Google Scholar
ESDU 85038, Circular-cylindrical structures: dynamic response to vortex shedding, Part I: calculation procedures and derivation, London, ESDU Int. Ltd, 1990.
Google Scholar
ESDU 80025, Mean forces, pressures and flow field velocities for circular cylindrical structures: single cylinder with two-dimensional flow, London, ESDU Int. Ltd, 1986.
Google Scholar
ESDU 82026, Strong winds in the atmospheric boundary layer, Part 1: mean – hourly wind speed, London, ESDU Int. Ltd, 1982.
Google Scholar
Novak M., Tanaka H., Pressure correlations on a vibrating cylinder, Proc. 4th Int. Conf. Wind Effects on Building and Structures, Heathrow 1975, Cambridge University Press, London, 1977, pp.: 227-232.
Google Scholar
Howell J.F., Novak M., Vortex shedding from circular cylinders in turbulent flow, Proc. 5th ICWE, USA 1979, Pergamon, Oxford, 1980, pp.: 619-629.
DOI: https://doi.org/10.1016/B978-1-4832-8367-8.50061-9
Google Scholar
Vickery B.J., Basu R.J., Simplified approaches to the evaluation of the across-wind response of chimneys, Proc. of the 6th ICWE., Gold Coast, Australia, J. Ind. Aerodyn., 14 (1983) 153-166.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(83)90019-3
Google Scholar
Vickery B.J., Wind loads on towers and chimneys, Proc. of Int. Symp.: Experimental determination of wind loads on civil engineering structures, 1990, New Delhi, pp.: 87-99.
Google Scholar
Vickery B.J., The response of chimneys and tower like structures to wind loading. A state of the art in wind engineering, Wiley Eastern Limited, 1995, pp.: 205-233.
Google Scholar
Ruscheweyh H., Codification of vortex excited vibrations, Recent advances in wind engineering, Proc. of the 2nd Asia-Pacific Symp. on Wind Eng., Beijing, China, Int. Acad. Publ., Pergamon Press, 1, 1989, pp.: 362-372.
Google Scholar
Ruscheweyh H., Windlastannahmen für turmartige Bauwerke, DIN-Mitt 71, 11 (1992) 644-647, Berlin.
Google Scholar
DIN 1055, Lastannahmen für Bauten, Windwirkungen auf Bauwerke, 1989.
Google Scholar
PrEN 1991-1-4.6 (Draft), 2003: Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-4: General actions – Wind actions.
Google Scholar
Shinozuka M., Stochastic Mechanics, v. 1, Depart. of Civil Eng. & Eng. Mech, Columbia Univ., 1987, NY, USA.
Google Scholar
Shinozuka M., Jan C.M., Digital simulation of random processes and its application, J. Sound Vib., 25(1) (1972) 111-128.
DOI: https://doi.org/10.1016/0022-460X(72)90600-1
Google Scholar
Borri C., Generation procedures of stationary random processes simulating wind time series, Sezione Strutture 11 (1988), Univ. di Firenze.
Google Scholar
Borri C., Crocchini F., Facchini L., Spinelli P., Numerical simulation of stationary and non-stationary sto-chastic processes: a comparative analysis for turbulent wind fields, Proc. 9th ICWE, New Delhi, India, 1995, pp. 47-55.
Google Scholar
Ruscheweyh H., Practical experiences with wind-induced vibrations, J. Ind. Aerodyn, 33 (1990) 211-218.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(90)90036-C
Google Scholar
Ruscheweyh H., Galemann T., Full-scale measurements of wind-induced oscillations of chimneys, J. Ind. Aerodyn., 65 (1990) 55-62.
DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00022-6
Google Scholar
Melbourne W.H., Cheung J.C.K., Goddard C.R., Response to Wind Action of 265-m Mount Isa Stack, J. Struct. Eng. Div., ASCE, 109(11) (1983) 2561-2577.
DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1983)109:11(2561)
Google Scholar
Cheng C.M., Kareem A., Acrosswind Response of Reinforced Concrete Chimneys, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 41-42 (1992) 2141-2152.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90649-U
Google Scholar
Christensen O., Askegaard V., Wind Forces on and Excitation of a 130m Concrete Chimney, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 3(1) (1978) 61-77.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(78)90028-4
Google Scholar
Sanada S., Suzuki M., Matsumoto H., Full scale measurements of wind force acting on a 200m concrete chimney and the chimney response, J. Ind. Aerodyn., 43 (1992) 2165-2176.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90651-P
Google Scholar
Waldeck J.L., The measured and predicted response of a 300m concrete chimney, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 4 (1992) 229-240.
DOI: https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90415-7
Google Scholar
Lipecki, T. . (2007) „Wzbudzenie wirowe budowli wieżowych o kołowych przekrojach poprzecznych”., Budownictwo i Architektura, 1(1), s. 119–143. doi: 10.35784/bud-arch.2305.
Autorzy
Tomasz LipeckiKatedra Mechaniki Budowli; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska Polska
https://orcid.org/0000-0002-2867-773X
Statystyki
Abstract views: 185PDF downloads: 131
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Budownictwo i Architektura wspiera program otwartej nauki. Czasopismo umożliwia otwarty dostęp (Open Access) do publikacji. Każdy może przeglądać, pobierać i przekazywać artykuły pod warunkiem przestrzegania zasad licencji.
