وقتی وارد حوزه تخصصی مهندسی سازه می شویم, به ویژه مکانیک حاکم بر دکل های انتقال شبکه خود نگهدار, ما خود را در تقاطع عجیبی از نظریه پرتو اویلر-برنولی و آشوب می یابیم., واقعیت غیر خطی فیزیک لایه مرزی اتمسفر. این برج ها, آن نگهبانان اسکلتی که در سراسر توپوگرافی تمدن مدرن ما حرکت می کنند, فقط قاب های فولادی ساکن نیستند; آنها فیلترهای دینامیکی انرژی جنبشی هستند, به طور مداوم نیروی نامرئی باد را به تنش های محوری داخلی و حالت های ارتعاشی پیچیده تبدیل می کند. برای تجزیه و تحلیل واقعی مقاومت باد یک خودنگهدار انتقال برج, ابتدا باید سادگی آرامش بخش بارهای معادل استاتیک را کنار بگذاریم و به ماهیت تصادفی خود باد بپردازیم., تشخیص اینکه باد یک فشار ثابت نیست، بلکه یک جریان سیال متلاطم است که با شدت های متفاوت مشخص می شود., مقیاس, و فرکانس. این مونولوگ داخلی منطق مهندسی با این درک اساسی شروع می شود که مقاومت برج تعادل ظریفی بین پیکربندی هندسی آن است - الگوهای مهاربندی خاص مانند مهاربندی K., X-bracing, یا انواع وارن - و خواص مواد فولاد سازه ای با استحکام بالا, اغلب درجه Q355 یا Q420, که باید نیروهای فشاری و کششی عظیم را بدون کمانش یا تسلیم شدن در زیر اوج تندبادهای طوفانی دوره بازگشت 50 یا 100 ساله تحمل کند..

سفر تحلیلی با تعریف میدان باد آغاز می شود, که ملیله پیچیده ای از پروفیل های میانگین سرعت باد و اجزای نوسانی است. ما قانون توان یا قانون لگاریتمی را برای توصیف چگونگی افزایش سرعت باد با ارتفاع اعمال می کنیم, پدیده ای که ناشی از ناهمواری زمین است, اما این فقط نمای ماکروسکوپی است; خطر واقعی در عامل وزش و همبستگی فضایی تلاطم نهفته است. همانطور که باد از میان اعضای شبکه جریان می یابد, فقط فشار نمی آورد; نیروی کششی ایجاد می کند که به شدت به نسبت استحکام بخش های برج وابسته است. ما باید ضرایب درگ را با دقت محاسبه کنیم ($C_d$) برای زوایای مختلف حمله, اذعان به اینکه منطقه پیش بینی شده برج مشبک با جابجایی باد تغییر می کند, گاهی اوقات ایجاد یک “اثر محافظ” جایی که اعضای بادگیر تا حدی توسط اعضای بادگیر محافظت می شوند, اگرچه این حفاظت اغلب در جریان های بسیار متلاطم واهی است. این پیچیدگی زمانی عمیق تر می شود که تعامل بین برج و هادی ها را در نظر بگیریم. هادی ها, با دهانه‌های عظیم و هندسه‌های افتادگی‌شان, مانند بادبان های غول پیکر عمل کنید, جذب انرژی باد و انتقال آن به بازوهای متقاطع برج به عنوان بارهای نقطه ای متمرکز. این اتصال به این معنی است که مقاومت برج در برابر باد فقط مربوط به خود سازه فولادی نیست بلکه به کل سیستم مکانیکی مربوط می شود., از جمله رفتار آئروالاستیک کابل ها, که می تواند تحت ارتعاشات تازی یا بادی قرار گیرد, بیشتر بر یکپارچگی ساختاری بخش‌های بالایی برج تأثیر می‌گذارد.

حرکت عمیق تر به واکنش ساختاری, ما از طریق عدسی تحلیل المان محدود از سمت بار به سمت مقاومت انتقال می‌دهیم (FEA). در یک تحلیل فنی پیچیده, ما نمی توانیم بر فرضیات ساده خرپا تکیه کنیم که در آن هر عضو سنجاق شده است; ما باید ماهیت نیمه صلب اتصالات پیچ و مهره ای و تنش های ثانویه ناشی از خروج از مرکز اتصالات را در نظر بگیریم.. The “خود حمایت” ماهیت این برج ها به این معنی است که برای جلوگیری از واژگونی، کاملاً بر پایه گسترده و ظرفیت مقاومت لحظه ای پایه های خود متکی هستند.. اینجا, ما با پدیده بحرانی کمانش اعضا مواجه می شویم. از آنجایی که برج های مشبک عمدتاً از فولاد زاویه دار تشکیل شده اند, ما با چالش ناپایداری بخش دیواره نازک روبرو هستیم. وقتی باد طوفانی می زند, پاهای رو به باد در کشش شدید پرتاب می شوند - اغلب حالتی قابل کنترل برای فولاد - اما پاهای بادگیر تحت فشار شدید قرار می گیرند.. سپس تجزیه و تحلیل مقاومت به نبردی در برابر نسبت باریکی تبدیل می شود. ما باید طول موثر هر عضو را ارزیابی کنیم, با در نظر گرفتن اینکه چگونه نقاط مهاربندی مهار جانبی ایجاد می کنند. اگر نسبت لاغری خیلی زیاد باشد, عضو در سطح جهانی دست و پنجه نرم خواهد کرد; اگر نسبت عرض به ضخامت پایه زاویه خیلی زیاد باشد, به صورت محلی کمانش خواهد شد. استحکام کلی برج به اندازه ضعیف ترین اتصال موضعی یا باریک ترین مهاربند مورب آن استوار است., ایجاد یک آسیب پذیری سیستمیک که نیاز به تحلیل کمانش غیر خطی دارد (اغلب از روش Riks یا حل‌کننده‌های تکراری افزایشی مشابه استفاده می‌کنند) برای یافتن حالت حد نهایی واقعی فراتر از آستانه الاستیک اولیه.

بعد زمانی مقاومت در برابر باد لایه دیگری از پیچیدگی را اضافه می کند: پاسخ پویا. هر برج خود حمایت کننده دارای مجموعه ای از فرکانس های طبیعی و اشکال حالت است. اگر چگالی طیفی توان تلاطم باد حاوی انرژی قابل توجهی در فرکانس‌هایی باشد که با فرکانس طبیعی اصلی برج منطبق است - معمولاً بین 0.5 هرتز و 2.0 هرتز - ساختار رزونانس را تجربه خواهد کرد. این تقویت دینامیکی می‌تواند منجر به تنش‌هایی بسیار بیشتر از تنش‌های پیش‌بینی‌شده توسط محاسبات استاتیک شود. ما از طیف Davenport یا طیف Kaimal برای مدل‌سازی این آشفتگی استفاده می‌کنیم, انجام یک تجزیه و تحلیل دامنه فرکانس برای تعیین “ضریب پاسخ گوست.” با این حال, در شبیه سازی های مدرن با وفاداری بالا, ما اغلب به سمت تحلیل تاریخچه زمانی حرکت می کنیم, جایی که سری های زمانی سرعت باد مصنوعی و “تکان دادن” دوقلوی دیجیتالی برج برای مشاهده جابجایی زمان واقعی و تکامل استرس آن. این به ما این امکان را می دهد که ببینیم “نفس کشیدن” برج و انباشته شدن خستگی در مفاصل پیچ. خود پیچ ​​و مهره ها مهم هستند, اغلب نادیده گرفته می شود, جزء مقاومت باد; ظرفیت برشی و باربری گروه‌های پیچ باید برای انتقال برش باد تجمعی از بالای برج به پایین به قسمت‌های ساق کافی باشد., جایی که در نهایت نیرو به شمع یا پایه های بالشتک بتن مسلح پراکنده می شود.

علاوه بر این, ما باید به بافت جغرافیایی و محیطی تحلیل بپردازیم. برجی که برای دشت‌های غرب میانه طراحی شده است، نسبت به برجی که بر روی خط الراس کوه یا صخره‌ای ساحلی قرار دارد، با بادهای متفاوتی روبرو است.. در زمین های کوهستانی, the “اثر افزایش سرعت” یا “ضرب کننده توپوگرافی” می تواند سرعت باد را به طور قابل توجهی افزایش دهد زیرا هوا روی یک خط الراس فشرده می شود, عاملی که می تواند منجر به شکست فاجعه آمیز شود اگر به درستی در ارزیابی اولیه آب و هوای باد خاص سایت مورد توجه قرار نگیرد.. همچنین باید جهت باد را در نظر بگیریم. بیشتر برج ها با درجه ای از تقارن طراحی شده اند, اما بحرانی ترین موارد بارگذاری اغلب زمانی اتفاق می افتد که باد با زاویه 45 درجه به سطح برج برخورد کند., به حداکثر رساندن بار روی اعضای خاص پا. هم افزایی باد و یخ - تجمع یخ - همچنین تحلیل مقاومت را پیچیده می کند. حتی یک لایه نازک یخ سطح را افزایش می دهد (بکشید) و توده (اینرسی) از اعضا و رهبران, به طور اساسی امضای دینامیکی برج را تغییر داده و آن را مستعدتر در برابر نوسانات ناشی از باد می کند.. این محیط چند خطر نیاز به یک رویکرد احتمالی برای ایمنی دارد, با استفاده از طراحی ضریب بار و مقاومت (LRFD) اطمینان حاصل شود که احتمال شکست در طول عمر 50 ساله مورد نظر دارایی به طور قابل قبولی پایین باقی می ماند..

در سنتز نهایی یک تحلیل فنی مقاومت باد, ما به آینده نظارت بر سلامت ساختاری و استراتژی های کاهش نگاه می کنیم. برای افزایش مقاومت برج های موجود, مهندسان ممکن است از دمپرهای جرمی تنظیم شده استفاده کنند (TMD ها) برای جذب انرژی ارتعاشی یا اجرای تقویت ساختاری مانند افزودن “دیافراگم ها” در ارتفاعات بحرانی برای حفظ شکل مقطع تحت پیچش. ظهور محاسبات با عملکرد بالا (HPC) به ما اجازه می دهد هزاران شبیه سازی مونت کارلو را اجرا کنیم, تغییر سرعت باد, جهت, و استحکام مواد برای ایجاد یک منحنی شکنندگی برای برج. این منحنی یک نقشه آماری پیچیده از ریسک ارائه می دهد, نشان می دهد که در حالی که یک برج ممکن است مقاومت کند 40 باد متر بر ثانیه با 95% اعتماد به نفس, احتمال شکست آن ممکن است به طور تصاعدی افزایش یابد 50 خانم. این سطح از عمق، مکالمه را فراتر می برد “خواهد ماند?” به “چگونه شکست خواهد خورد, و حاشیه ایمنی چقدر است?” این سخت گیری است, رویکرد چند فیزیک - یکپارچه سازی دینامیک سیالات, مکانیک ساختاری, و احتمال آماری - که اوج مهندسی برج های انتقال مدرن را مشخص می کند.