Колебания мостов и зданий из-за ветра
Большепролетные мосты и высотные здания являются гибкими конструкциями, и могут совершать колебания под действием ветра из-за явлений аэродинамической неустойчивости. Колебаниям могут быть подвержены как сами сооружения, так и их элементы: шпили или козырьки-консоли высотных зданий; арки, пилоны и ванты мостов. Именно поэтому российские руководящие документы по проектированию высотных зданий СП 20.13330.2016 и мостов ГОСТ Р 59625-2022 «Мостовые сооружения. Правила расчета и подтверждения аэроупругой устойчивости» обязывают проводить проверку на возникновения колебаний из-за явлений вихревое возбуждение, изгибно-крутильный флаттер, галопирование, бафтинг, дивергенция.
Указанные явления аэроупругой неустойчивости имеют разную физическую природу возникновения. Например, вихревое возбуждения – это колебания, возникшие вследствие совпадения собственной частоты конструкции с частотой срыва вихрей Кармана. Особенность этих колебаний – они имеют конечную максимальную амплитуду. Все большепролетные мосты и многие гибкие здания подвержены вихревому возбуждению, поэтому важно определить их максимальную амплитуду колебаний и находится ли она в допустимых для данной конструкции предельных значениях.
Иначе обстоит дело с изгибно-крутильным флаттером – это нарастающие во времени изгибно-крутильные колебания, вызванные несовпадением аэродинамического центра конструкции (точки приложения аэродинамических сил) с его центром тяжести. В случае возникновения изгибно-крутильного флаттера колебания неограниченно нарастаю до полного разрушения конструкции, поэтому это появление данного вида аэроупругой неустойчивости принципиально недопустимо.
Поскольку каждый вид аэроупругой неустойчивости имеет индивидуальную физическую природу, то и методы борьбы с колебаниями разные и побираются индивидуально исходя их динамических характеристик сооружения.
В результате исследований Заказчик получает:
- Проверку сооружения на возникновение колебаний из-за явлений вихревое возбуждение, изгибно-крутильный флаттер, галопирование, бафтинг, дивергенция.
- Максимальную амплитуду колебаний в случае обнаружения аэроупругой неустойчивости.
- Разработку рекомендаций по методам гашения недопустимых колебаний (обтекатели, дефлекторы, интерцепторы и т.д.).