بارگذاری و پیشنهاد فاکتور اثر برآمدگی برای سازه های چادری
تاثیر بار باد در طراحی سازه های چادری
بارگذاری سازه چادری ؛
قبل از پرداختن به این موضوع ؛ می توانید انواع سازه چادری که توسط شرکت سازه چادری و سایبان چادری آلفا طراحی و تولید می گردد
را در ویدئوی زیر مشاهده نمایید :
بارگذاری باد غالب ترین بار برای سازه های چادری است.
به خصوص ، سقف غشایی شکل مخروطی ،
یعنی سقف غشایی آلاچیق چادری ، دارای شکل سطح منحنی مشخصی است.
بنابراین انتظار می رود ویژگی های آیرودینامیکی اطراف این سقف بسیار پیچیده باشد.
از طرف دیگر ، از آنجا که غشاء از مواد انعطاف پذیر برخوردار است ،
پاسخ به ساختار غشایی بستگی به پیش تنیدگی دارد.
بنابراین ، یک مقدار تنظیم پیش از بارگذاری مهمترین عامل طراحی غشای بار باد با تلاطم زیاد است.
از این پیش زمینه ، این تحقیق بر روی سقف غشایی یک شاخ آلاچیق چادری تمرکز کرده
و نشانگر فشار باد غالب بر روی آن ، با استفاده از تست تونل باد که در زیر جریان آشفته قرار داشته است.
علاوه بر این ، ما پاسخهای سقف چادری را برای بار باد با تجزیه و تحلیل پاسخ ارزیابی کردیم.
سرانجام ما فاکتور اثر تند باد را برای ساختار غشایی ،
یعنی “Gfm” ، به عنوان روش جدید ارزیابی بار باد برای سازه غشایی ،
پیشنهاد می کنیم و نمونه هایی از مقدار Gfm را نشان می دهیم.
بارگذاری سازه چادری – تعریف “فاکتور اثر تندباد برای ساختار غشایی” (Gfm)
ضریب تأثیر غشای اصلی GEF
“ضریب اثر تندباد” (GEF) در ابتدا توسط A.G. Davenport در سال1961 پیشنهاد شد.
GEF یک ضریب بدون بعد است که تأثیر تلاطم در توزیع فشار باد را تعیین می کند
و ارزیابی حداکثر بار خارجی و نیروهای داخلی در ساختار را
از تجزیه و تحلیل سناریوی فشار متوسط باد امکان پذیر می کند.
به طور کلی ، GEF با نسبت بین حداکثر اثر بار و میانگین اثر بار نشان داده شده در معادله زیر ، شکل 1 و شکل 2 محاسبه می شود.
در قانون استاندارد ساختمان ژاپن ، GEF بسته به زبری زمین و ابعاد ساختمانها ، GEF را از 1.8 تا 3.0 در نظر می گیرند
پیشنهاد فاکتور اثر تندباد برای ساختار غشایی (Gfm)
مقدار اصلی GEF با فرض این است که ساختمان از سازه های سفت و سخت تشکیل شده اند.
با این حال ، ساختار غشایی دارای ویژگی انعطاف پذیری است و فقط در برابر نیروی کششی مقاومت می کند.
علاوه بر این ، ساختار سایبان چادری برای مقاومت در برابر بار خارجی به عنوان بار باد به نیروی کششی اولیه احتیاج دارد.
با توجه به این دلایل ، مقدار تنش غشایی متوسط حاصل از آنالیز پاسخ پویا
با تنش غشایی حاصل از آنالیز استاتیک مخالف است.
بنابراین ، این مقاله نوع جدیدی از اثر جلوه گشایی را برای ساختار سازه چادری ارائه می دهد
که بر اساس مفهوم GEF محاسبه می شود ،
یعنی “فاکتور اثر تندباد برای ساختار غشایی (Gfm)”. Gfm از رابطه زیر بدست می آید.
که در آن ‘σdynamic _max _i’ مقدار حداکثر تنش غشایی بر روی عدد عنصر
‘i’ در طول 600 ثانیه از تجزیه و تحلیل پاسخ پویا با استفاده از بار باد تاریخ زمانی
و ‘σستیکهای _max’ مقدار حداکثر استرس موثر برای است.
فشار متوسط باد در طول 600 ثانیه (شکل 3).
از آنجا که مقدار Gfm پیش فشار سطحی را در نظر می گیرد ،
می توان از این مقدار به عنوان بار باد طراحی استفاده کرد
و بدون آنالیز پاسخ پویا برای طراحی ساختارهای غشایی استفاده کرد.
بارگذاری سازه چادری – تست تونل باد
رئوس آزمون
این آزمایش ضریب فشار باد را در مدل مستقل سازه پارچه ای گنبدی با استفاده از تونل باد
نوع ایفل همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است اندازه گیری می کند.
جریان لایه مرزی آشفته توسط بلوک های زبری و سفرها صورت می گرفت.
جدول 1 شرایط موجود در این آزمون را نشان می دهد. فرض بر این بود که مقیاس مدل 1/100 است
و مقیاس سرعت 7/27 در سرعت باد 34M / s در مقیاس کامل است.
در این حالت ، مقیاس زمانی 11/125 بود.
در این آزمایش از مدل مبتنی بر مربع 100 میلی متر مربع 100 میلی متر استفاده شده است.
پارامترهای اصلی سه نوع نسبت طول به طول ، یعنی H / L = 0.1 ، 0.2 و 0.3 و وجود دیوارها بود.
برای این آزمایش تونل باد شش نوع مدل تهیه شده است.
طرح کلی مدل ها و شیرهای اندازه گیری در شکل 5 نشان داده شده است.
جزئیات مدل سازی
این مدل ها از پلاستیک اکریلیک ساخته شده اند.
در مورد مدل نوع باز ، عمق سقف برای اندازه گیری هر دو طرف سقف در حدود 5 میلی متر بود (شکل 6).
علاوه بر این ، جهت باد تنها چهار نوع بود که 0 درجه ، 15-درجه ، 30-درجه بود. و به دلیل فرم تقارن سقف ، 45-درجه است.
شرایط جریان هوا که میانگین مشخصات سرعت باد ، شدت تلاطم ، چگالی طیفی قدرت نوسان سرعت باد
و مقیاس تلاطم برای این آزمایش است
شیب سرعت α 0.2 و شدت آشفتگی در اطراف بام حدود 0.3 بود.
این باد شبیه سازی باد طبیعی در منطقه شهری است ، یعنی “زمین 3” در ساختمان استاندارد ژاپن
بارگذاری سازه چادری -نتایج حاصل از آزمایشات تونل باد
Cp و Cp بسته به وجود دیوار ، توزیع ها را تغییر دادند. به خصوص ، Cp از مدل محصور بزرگتر از نوع باز بود.
این نتایج ممکن است برخی از اثرات را در پاسخ به غشاء ایجاد کند ،
زیرا ساختار غشایی عموماً برای نیروی خارجی مانند بار باد با تلاطم ، حساس است.
بارگذاری سازه چادری – تجزیه و تحلیل پاسخ تحت بار باد
شرایط تجزیه و تحلیل
تجزیه و تحلیل استاتیک و آنالیز پویا بر اساس شرایط زیر انجام شد.
شکل مدل اولیه سقف پارچه ای به شکل گنبدی است که بر روی طرح m 10 متر پوشانده شده است.
علاوه بر این ، این مدل دارای یک حلقه و یک بند برای ثابت نگه داشتن سطح غشایی در وسط سقف است.
و چشمه در قسمت پایینی بند فقط در برابر نیروی فشاری مقاومت می کند.
نسبت طول بام 0.1 ، 0.2 و 0.3 است و نیروهای کششی اولیه غشاء ، یعنی “پیش تنش” ، 1kN / m ، 2kN / m و 4kN / m هستند.
میرایی در تجزیه و تحلیل پویا توسط مدل میرایی ریلی داده شد
و ثابت میرایی این غشای 3٪ در این مقاله فرض شده است.
نیروهای خارجی بارهای بادی است که از آزمایش تونل باد در بخش 3 بدست می آید.
در آنالیز استاتیک از فشار متوسط باد استفاده شده و از فشار باد در زمان تاریخ در تحلیل پویا استفاده شده است.
نتایج تجزیه و تحلیل پاسخ
تنشهای مؤثر که از آنالیزهای ایستا در فشار سرعت باد 455N / M2 بدست آمده است در شکل 9 نشان داده شده است.
و نتایج به دست آمده از تجزیه و تحلیل پویا در شکل 10 نشان داده شده است.
این شکل نمودار تاریخ استرس موثر بر نقاط میانی دهانه در نصب سازه چادری را نشان می دهد
که این مدل h / L = 0.2 در زیر جهت باد 0 درجه است.
نوسان نوع محصور نسبت به تنش غشایی نسبت به نوع باز قوی تر بود.
نتایج تحلیل استاتیک نشان می دهد که توزیع تنش بسته به نسبت طول به طول تغییر کرده است.
و مقدار حداکثر استرس مؤثر از نوع محصور کوچکتر از نوع باز بود.
از سوی دیگر ، تجزیه و تحلیل پاسخ پویا نشان می دهد که پاسخ پویا با مقدار “Cp” ارتباط زیادی دارد.
و حداکثر استرس از نوع محصور بزرگتر از نوع باز است.
این مطالعه نشان می دهد که نتیجه آنالیز پاسخ پویا منجر به نتیجه مخالف پاسخ استاتیک می شود.
بارگذاری سازه چادری -نمونه هایی از Gfm
محاسبه مقدار Gfm
محاسبه مقدار Gfm برای ساختار غشاء مستقل شاخ شکل مطابق معادله (2) محاسبه شد.
‘σdynamic _max _i’ و ‘σstatic _max’ نتیجه میانگین تجزیه و تحلیل پاسخ استاتیک و تجزیه و تحلیل پاسخ پویا است.
شکل ure11 مقدار Gfm را در هر عنصر در مدل PS1000 و h / L = 0.2 تحت جهت باد 0 درجه نشان می دهد.
و تمام نتایج ، یعنی نتایج پنج بار در هر مدل تجزیه و تحلیل مدل در همان شکل نشان داده شد.
در محاسبه Gfm ، ارزش تنش منطقه-F به فرض غشاء این منطقه به طور کلی ورقه ورقه شده
به نیمی از مقدار اصلی کاهش یافته است.
فاکتورهای موثر
این شکل نشان می دهد که وجود دیوار یکی از مهمترین فاکتورها برای ارزیابی مقدار Gfm است
و با فاصله از دور مدل ، مقدار آن افزایش می یابد.
در همین روش ، یک پارامتر دیگر محاسبه و حداکثر مقدار همه عناصر برای هر پارامتر ترسیم شد (شکل 12).
مقدار نوع محصور از نوع باز بزرگتر است.
و هرچه ارزش تنش قبل از بارگذاری ( نصب ) بیشتر شود ، ارزش Gfm کوچکتر می شود.
اما جهت باد تاثیری اندک بر مقدار Gfm ندارد. سرانجام ، مقایسه بین مقدار Gfm و مقدار اصلی GEF
که در شرایط مشابه آزمایش تونل باد مبتنی بر قانون استاندارد ساختمان ژاپن ، 2.5 برابر است در شکل 13 نشان داده شده است.
این شکل میانگین مقدار Gfm و تقریب باند Gfm در هر مدل و نسبت Gfm به GEF را نشان می دهد.
مقدار PS1000 و PS2000 روی نوع محصور ، و PS1000 و PS2000 روی نوع باز ، h / L = 0.1 و 0.2 از Gfm / GEF = 1.0 بیشتر است.
این مطالعه این واقعیت را درک می کند که مدل پیش تنش کم ،
که با استفاده از مقدار GEF فعلی طراحی شده است ، معیارهای طراحی را انجام نمی دهد
بارگذاری سازه چادری – نتیجه گیری
ساختارهای سایبان پارچه ای بر این فرض طراحی شده اند که پیش تنش فراهم می شود.
از طرف دیگر ، مقدار معمولی GEF برای محاسبه بار باد در بسیاری از کشورها استفاده شده است.
در این مقاله مقدار همبستگی GEF با مقدار نیروی کششی اولیه غشاء نشان داده شده است
و ضریب اثر غشایی برای ساختار سازه چادری، یعنی Gfm ، که در نظر گرفته شده است
نیروی کششی اولیه غشاء است ، پیشنهاد شده است.
این مقدار به جای GEF اصلی مطابق فرم و پیش تنیدگی قابل استفاده است.
این مقاله چند نمونه از مقدار Gfm را برای ساختار سازه چادری نشان می دهد.
این مفهوم می تواند با موفقیت در نوع دیگر ساختار تنش استفاده شود.
! Yuki Nagai
Sasaki Structural Consultants :
yuki.nagai@mac.com
Akira Okada , Naoya Miyasato & Masao Saitoh Nihon University
Visits: 1096
