Аэродинамическая устойчивость

Аэродинамика охватывает аэромеханику и аэроупругость. Аэромеханика – изучает аэродинамические силы, действующие на конструкции при обтекании их ветром. Аэроупругость – изучает процессы возникающие при взаимодействии конструкции с потоком воздуха (поведение конструкции в потоке) – т.е. реакцию сооружения на действие ветра.

Аэродинамическая устойчивость – способность висячих и вантовых мостов противостоятьвоздействиям ветра.

Аэродинамическая устойчивость нарушается при действии на мост равномерного поперечного ветра и развитии колебаний его элементов с чрезвычайно большими амплитудами.

Ветровая нагрузка определяется из уравнения кинетической энергии ветрового потока, где плотность воздуха (масса воздуха заключенная в единице объема) r=1,225 кг/м³, скорость потока воздуха v (максимальная скорость за большой промежуток времени 50…100 лет (здесь следует отметить, что расчет ветровой нагрузки по абсолютному максимуму неэкономичен), тогда давление ветра (скоростной напор) – q=0,5´r´v², или q=v² /16.

Величины скорости ветра баллы и основные характеристики ветрового потока приведены в табл. 13.1.

Таблица 13.1.

При реальных скоростях ветра значительные колебания присущи только конструкциям, обладающим относительно малой жесткостью (низкие частоты собственных колебаний), к которым относятся висячие и вантовые мосты, поэтому для них ветровая нагрузка является одной из основных временных нагрузок.

13.3.1. Причины аэродинамической неустойчивости мостов

1. Образование вихрей и вихревых дорожек за обтекаемым воздухом элементом. По имени французского ученого Т. Кармана это явление называется «дорожка Кармана». Вынужденные колебания могут возникнуть даже при равномерном обтекании пролетного строения потоком воздуха;

2. Возникновение автоматических колебаний (автоколебаний)висячих систем.

1. Образование вихрей и вихревых дорожек за элементом (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Схемы образования вихрей и вихревых дорожек

(на нижнем рисунке показан фрагмент численного эксперимента воздействия ветра на балки жесткости