كتابة تحليل فني بهذا المقدار، خاصة فيما يتعلق بمعاملات حمل الرياح لزاوية الفولاذ برج الإرسال تتطلب الأذرع المتقاطعة بزوايا انعراج مختلفة غوصًا عميقًا في ديناميكيات السوائل, الموثوقية الهيكلية, والفروق الدقيقة في رموز التصميم الدولية مثل IEC 60826, ASCE 74, و إن 1993-3-1.

المعاوقة الديناميكية الهوائية وتحدي الطبقة الحدودية

عندما نفكر في الهيكل الشبكي لبرج النقل, نحن لا ننظر فقط إلى كائن ثابت; نحن ننظر إلى مرشح معقد للطاقة الحركية المضطربة. أعضاء الزاوية الفولاذية (ملفات تعريف L) هي الهوائية “حاد.” على عكس المقاطع الدائرية, التي تواجه أزمة سحب عند أرقام رينولدز العالية, تعتبر زاوية الفولاذ مستقلة بشكل أساسي عن رينولدز في نطاق واسع من سرعات الرياح التشغيلية. يحدث فصل التدفق بشكل ثابت عند الحواف الحادة.

جوهر المشكلة في حساب معامل حمل الرياح ($C_t$) للذراع المتقاطع يكمن في التفاعل بين الأعضاء الفردية وتأثير التدريع. عندما تضرب الريح الذراع المتقاطعة عند أ $0^\circ$ زاوية (عمودي على الوجه الطولي), يخلق الأعضاء الأماميون أعقابًا من الاضطراب الشديد والزخم المنخفض. الاعضاء الخلفيين, يجلس في هذا “العجز في السرعة” منطقة, لا تواجه نفس الضغط الديناميكي. هذا هو “عامل التدريع” ($\eta$), وهي وظيفة نسبة الصلابة ($\phi$).

ومع ذلك, مع تغير زاوية الرياح - على سبيل المثال $45^\circ$ أو $60^\circ$- يصبح هذا التدريع غير متماثل. الفعالة “المنطقة المتوقعة” ($A_n$) التغييرات, ولكن ليس خطيا. في العديد من رموز التصميم التقليدية, تم تبسيط حمل الرياح على مقطع شبكي باستخدام معامل القوة الإجمالي المطبق على المنطقة المتوقعة لوجه واحد. ولكن بالنسبة للأذرع المتقاطعة المصنوعة من الصلب, والتي غالبا ما تتميز بالتعقيد “ك” أو “X” تستعد, يتقلب معامل السحب بشكل كبير لأن “حدة” من زاوية الفولاذ يقدم مظهرًا مختلفًا للرياح عند كل درجة من الانعراج.

فيزياء معامل السحب ($C_f$)

بالمعنى الفني العميق, معامل السحب لعضو زاوية معزول تقريبًا $2.0$ عندما تضرب الريح “داخل” على شكل V وأقل قليلاً عند الوصول إلى القمة. عندما يتم دمجها في برج عبر الذراع, يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار نسبة العرض إلى الارتفاع. على امتداد, يتصرف الذراع المتقاطع النحيف بشكل مختلف عن القصير, قصيرة بسبب دوامات النهاية.

دعونا نلقي نظرة على القيم القياسية المستخدمة عادة كخط أساس قبل أن نقوم بتشريح “زاوية الهجوم” الاختلافات.

الطاولة 1: معاملات السحب الأساسية ($C_{ft}$) للهياكل شعرية (مرجع عام)

ملحوظة: تفترض هذه القيم أن الرياح طبيعية على الوجه. ال “تأثير الزاوية” هو ما يعقد هذا الجدول.

ظاهرة الرياح المنحرفة

عندما تكون الرياح ليست عمودية, نواجه “قانون جيب التمام” مغالطة. يشير علم المثلثات البسيط إلى أن القوة يجب أن تنخفض $\cos^2(\theta)$, لكن اختبار نفق الرياح التجريبي يظهر أن هذا نادرًا ما يكون هو الحال بالنسبة للأبراج الفولاذية ذات الزوايا. بسبب الطبيعة ثلاثية الأبعاد للشبكة, في أ $45^\circ$ زاوية, ربما الرياح “يرى” كثافة أعلى من الفولاذ مما كانت عليه في $0^\circ$.

بحث حول خطوط نقل الجهد العالي (خصوصاً $500\text{kV}$ و $800\text{kV}$ خطوط UHV) يشير إلى أن أقصى حمل للرياح على الذراع المتقاطع يحدث غالبًا بزاوية منحرفة, عادة حولها $30^\circ$ إلى $60^\circ$, بدلا من عند $0^\circ$. ويرجع ذلك إلى “الانفتاح” من أعضاء التدعيم. تمر الريح عبر الوجه الأمامي وتضرب أعضاء الوجه الخلفي التي كانت محمية سابقًا.

ديناميات الموائع الحسابية (كفد) مقابل. اختبار نفق الرياح

في العصر الحديث, نحن نستخدم محاكاة إيدي الكبيرة (ال) لنمذجة هذه المعاملات. التحدي مع زاوية الصلب هو “تساقط الدوامة” من الحواف الحادة. يمكن أن تصبح هذه الدوامات رنانة مع التردد الطبيعي للذراع المتقاطع, مما يؤدي إلى عدم الاستقرار الهوائي.

إذا نظرنا إلى معاملات الضغط ($C_p$) عبر سطح ملف تعريف L واحد داخل الذراع المتقاطعة, نجد أن الشفط على الجانب المواجه للريح من الحافة هو المحرك الأساسي لقوة السحب. عندما تكون الذراع المتقاطعة بزاوية, قد تصبح شفة واحدة من زاوية الفولاذ متوافقة مع التدفق, مما يقلل بشكل كبير من السحب الفردي, بينما تصبح الشفة الأخرى أ “خدعة الجسم,” تعظيم ذلك.

الطاولة 2: مقارن $C_t$ الاختلافات بواسطة زاوية ياو ($\theta$) للصلابة النموذجية عبر الذراع ($\phi \approx 0.2$)

يوضح الجدول أعلاه تناقضًا خطيرًا. غالبًا ما تفترض الرموز التقليدية المبسطة ذلك مع زيادة الزاوية, ينخفض ​​​​الحمل. ومع ذلك, للذراع المتقاطعة, يمكن لقوة الرياح الإجمالية في الواقع يزيد عندما تبدأ الريح في ضرب الأعضاء الطولية للذراع المتقاطع والدعامات القطرية بشكل مباشر أكثر.

دور الدعامات الثانوية وألواح التقوية

غالبًا ما نتجاهل الأشياء الصغيرة – ألواح مجمعة, البراغي, والأعضاء الثانويين الفائضين عن الحاجة. ومع ذلك, في أبراج الصلب الزاوية, هذه يمكن أن تزيد من نسبة الصلابة بنسبة $5\%$ إلى $10\%$. والأهم من ذلك, أنها تخلق الاضطرابات المحلية ذلك “رحلات” التدفق, منع أي انتعاش ديناميكي هوائي نظيف. في تحليلي, ال “فعال” ينبغي زيادة عرض العضو بعامل (عادة $1.05$ إلى $1.15$) لمراعاة هذه التوصيلات عند حساب معامل حمل الرياح.

الاستجابة الهيكلية والموثوقية

لماذا يهم هذا للمهندس? إذا قللنا من حمل الرياح عند أ $45^\circ$ زاوية, نحن نعمل على تصميم أعضاء الساق الرئيسية ومرفقات الذراع المتقاطعة. ال “اتجاه الريح” ساق البرج تستقبل الحمولة المتراكمة. إذا كان المعامل $C_t$ تم إيقافه بواسطة $30\%$, عامل الأمان $1.5$ يتآكل بشكل فعال ل $1.1$.

بالإضافة إلى, الذراع المتقاطعة ليست مجرد ناتئ; إنه عنصر هيكلي عرضة للالتواء تحت الرياح المنحرفة. الريح لا تدفع فقط الذراع المتقاطعة “خلف”; يحاول تحريفه لأن مركز الضغط لا يتماشى مع مركز القص لمقطع الذراع المتقاطع. ويتفاقم هذا الانحراف بسبب معامل حمل الرياح المعتمد على الزاوية.

تركيبات متقدمة لحمل الرياح

للتحرك نحو المزيد “علمي” و “عميق” حساب, يجب أن ننظر إلى القوة كمجموع متجه للسحب ($D$) ورفع ($L$) مكونات بالنسبة لاتجاه الرياح, ثم قم بحلها في نظام الإحداثيات المحلي للبرج (الطولية والعرضية).

القوة الكلية $F$ يمكن التعبير عنها ك:

أين:

• $q$ هو ضغط السرعة الديناميكية.

• $G_z$ هو عامل الاستجابة العاصفة (والتي يجب أن تكون أعلى بالنسبة للأذرع المتقاطعة بسبب ارتفاعها ومرونتها).

• $C_t$ هو معاملنا المتغير.

• $A_n$ هي صافي المساحة المتوقعة.

ال “حقيقي” $C_t$ لزاوية منحرفة $\theta$ تم تصميمه بشكل أفضل من خلال التوافق الإهليلجي أو متعدد الحدود بدلاً من دالة جيب التمام البسيطة. للحصول على زاوية شعرية الصلب, الملاءمة الموصى بها للمعامل $C_{t(\theta)}$ قد يبدو الأمر كذلك:

أين $\alpha$ و $\beta$ هي ثوابت مشتقة من نسبة الصلابة وأنواع الأعضاء.

الأفكار الختامية والاتجاهات المستقبلية

تتحول دراسة أبراج النقل الفولاذية الزاوية من الافتراضات شبه الساكنة إلى الديناميكية, حقائق حساسة للزاوية. ال “زاوية الهجوم” ليس عامل تخفيض; في كثير من الحالات, إنه عامل تضخيم لأعضاء محددين داخل مجموعة الأذرع المتقاطعة.

وعلينا أن نبتعد عن فكرة أن “السيناريو الأسوأ” دائمًا ما تضرب الرياح البرج وجهًا لوجه. التفاعل المعقد للتدريع, إعادة التعلق الاضطراب, ويشير السحب العالي المتأصل في ملفات تعريف L إلى أن الأبراج تتجاوز $50\text{m}$, كامل $360^\circ$ تحليل حمل الرياح ضروري. يجب أن تعكس المعاملات المستخدمة “قمة” وجدت في زوايا منحرفة, ليس فقط “اساسي” القيم الموجودة في الكتب المدرسية في القرن العشرين.

ستكون الخطوة التالية لهذا البحث هي دمج هذه المعاملات المعتمدة على الزاوية في تحليل العناصر المحدودة غير الخطية (الهيئة الاتحادية للبيئة) لنرى كيف تؤثر إعادة توزيع القوة على قدرة التواء جسم البرج الرئيسي.