Регистрация / Вход
Прислать материал

Экспериментальное исследование ветрового воздействия на мостовой переход с двумя независимыми параллельными пролетными строениями

Общие сведения
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Название доклада
Экспериментальное исследование ветрового воздействия на мостовой переход с двумя независимыми параллельными пролетными строениями
Название программы
Задание №2014/107 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»
Название проекта
Проект "Фундаментальные исследования ветровых воздействий (в том числе экстремальных) на уникальные здания и сооружения".
Номер контракта
2014/107
Докладчик (участник)
Участник
Чурин Павел Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью работы является исследование ветрового воздействия на металлический мостовой переход с двумя независимыми параллельными пролетными строениями. Основные задачи решаемые в ходе исследования – изготовление аэроупругой модели пролетного строения мостового перехода на стадии эксплуатации, проведение экспериментальных исследований аэродинамической устойчивости пролетного строения в специализированной аэродинамической трубе архитектурно-строительного типа, анализ и интерпретация полученных результатов.
Актуальность и новизна исследования
Большепролетные мосты – один из наиболее восприимчивых к ветровому воздействию тип строительных конструкций. При исследовании ветрового воздействия на них, помимо определения собственно ветровой нагрузки, необходимо оценить возможность возникновения явлений аэродинамической неустойчивости, таких как вихревой резонанс, флаттер, галопирование и бафтинг. В мировой практике известен ряд случаев потери устойчивости мостовых конструкции по причине ветрового воздействия (наиболее известный случай в отечественной практике ¬– танцующий Волгоградский мост). В настоящее время действующие нормативные документы регламентируют проведение экспериментальных исследований ветрового воздействия на мостовые конструкции в специализированных аэродинамических трубах. Новизна данной работы заключается в исследовании ветрового воздействия на два параллельных пролетных строения с учетом их взаимовлияния. В процессе экспериментальных исследований одновременно моделировалось динамическое подобие двух моделей пролетных строений.
Описание исследования

Физические аэродинамические испытания отсечных моделей пролётных строений мостовых конструкций проводятся в ландшафтной аэродинамической трубе УНПЛ ААИСК МГСУ. В процессе испытаний используется специализированные измерительные устройства, имеющие соответствующие сертификаты точности измерений.

Методика проведения аэродинамических испытаний отсечной модели пролетного строения моста разделяется на два этапа: первый этап проводится с целью определения ветровой нагрузки на модель, второй – аэродинамической устойчивости конструкции пролетного строения.

В процессе первой серии испытаний (первый этап) определяются следующие параметры: лобовое сопротивление модели, подъемная сила и крутильный момент вокруг продольной оси модели. Для этого отсечная модель пролетного строения моста устанавливается в рабочей зоне аэродинамической трубы на специальный стенд. К торцам модели крепится измерительное оборудование – шестикомпонентные тензовесы, позволяющее измерять все необходимые параметры. Во время проведения испытаний скорость ветрового потока и угол атаки меняются с установленным шагом. Все результаты сохраняются для последующей обработки и анализа.

В процессе второй серии испытаний определяются динамические параметры модели: амплитуда, частота и форма вынужденных колебаний модели под действием ветрового потока, а также спектр частот. Для этого модель пролетного строения моста устанавливается в рабочей зоне аэродинамической трубы на специальный стенд с системой пружинных подвесов, моделирующих собственные частоты колебаний пролетного строения. Система пружин, используемых на стенде, рассчитывается исходя из расчетных параметров реального пролетного строения. Необходимые параметры колебаний измеряются в процессе испытаний при помощи четырех лазерных датчика перемещения, ориентированных на углы пролетного строения. Подобная схема позволяет определить не только частоту и амплитуду колебаний, но и форму. Все результаты сохраняются для последующей обработки и анализа.

После обработки и анализа полученных результатов оформляется отчет с подробным описанием проведенных испытаний и полученных результатов, а также рекомендациями по улучшению аэродинамических параметров пролетного строения при помощи геометрических или динамических модификаций.

Результаты исследования

Изготовлена отсечная модель пролетного строения моста. Отклонение значения массы измеренного в аэродинамической трубе от расчетного составило 0,4 %, что, в совокупности с геометрическим подобием, позволяет говорить о соответствии распределения масс натурному объекту.

В соответствии с проектной информацией о частотах и формах собственных колебаний, а также данными, полученными в ходе испытаний модели в аэродинамической трубе, определен масштаб скорости для изгибных и крутильных колебаний. Выполнена сверка форм и частот собственных колебаний модели, а также серия экспериментальных тестов.

Выполнено экспериментальное исследование пролетного строения при различных направлениях потока и значениях логарифмического декремента затухания. Построены кривые зависимости амплитуды колебаний пролетного строения (рис. 1) и коэффициентов ветровой нагрузки (рис. 2) от скорости ветра для изгибных и крутильных колебаний, а также выявлено явление вихревого резонанса при скорости потока, ниже значения критической скорости для оценки флаттера моста.

 

Рис. 1. Зависимость амплитуды колебаний пролетного строения моста от скорости ветра

 

Рис. 2. Зависимость значения подъемной силы (Cx), силы лобового сопротивления (Cy) и крутильного момента (Cmz) от скорости ветра

Определена скорость ветра, при которой возникает полная потеря устойчивости конструкции.

В отчете выданы рекомендации по увеличению уровня демпфирования конструкции. Проведенное дополнительное исследование с увеличенным уровнем демпфирования показало лучшую устойчивость, отсутствие эффекта вихревого резонанса, снижение амплитуд колебаний до 80%. Физические аэродинамические испытания отсечных моделей пролётных строений мостовых конструкций проводятся в ландшафтной аэродинамической трубе УНПЛ ААИСК МГСУ. В процессе испытаний используется специализированные измерительные устройства, имеющие соответствующие сертификаты точности измерений.

Практическая значимость исследования
Проведение исследований проектируемого мостового перехода со стандартным справочным значением уровня демпфирования позволило выявить возникновение эффекта вихревого резонанса, при скорости ветрового потока значительно ниже критической, что недопустимо, и может привести к причинению вреда человеку, имуществу физических лиц и окружающей природной среде. Проведение аналогичных исследований для реальных объектов позволит оптимизировать затраты при проектировании, строительстве и эксплуатации мостовых конструкций, а также будет способствовать повышению надежности, долговечности, и улучшению их эксплуатационных качеств.