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2019-11-04

Cargas de viento en componentes estructurales rectangulares redondeados

La carga de viento de los componentes estructurales rectangulares redondeados es un asunto complejo. Las fuerzas equivalentes de la carga de viento dependen de la resistencia de la carga de viento circulante y de la geometría del componente.

La norma de viento EN 1991-1-4 especifica un concepto de cálculo con valores aerodinámicos y coeficientes de reducción para este caso. Estas especificaciones finalmente producen una fuerza de viento resultante en el componente estructural. Eine Winddruckverteilung um das Bauteil wird hier nicht angegeben. Die Windkraft basiert demnach auf folgendem Zusammenhang:

Si se supone que el componente estructural considerado es un cuerpo rígido sin fluencia bajo un flujo de viento constante, la determinación de la fuerza de viento se simplifica con la siguiente ley:

Für ein nicht-schlankes Bauteil mit einem quadratisch abgerundeten Querschnitt ermittelt sich nach [1] der Kraftbeiwert cf über folgenden Zusammenhang:

Determinación convencional de la carga de viento

Exemplarisch ergibt sich nach [1] für diese Bauteileigenschaften


a modo de ejemplo, se obtiene un factor de fuerza cf = 0,97.

Este valor se basa en el factor de fuerza básico cf,0 = 2,15 dependiendo de la relación d/b = 280 mm/280 mm = 1,


el factor de reducción Ψr = 0,75 depende de la relación del radio r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,

y finalmente el factor de reducción Ψλ = 0,6 depende de la esbeltez λ = 1 suponiendo una superficie de componente completamente cerrada φ = 1.

La presión de velocidad q = 563 N/m² aplicada a la superficie de referencia Aref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0,0784 m² da como resultado la relación:

Así, finalmente, una fuerza de viento Fw = 0,97 ⋅ 563 N/m² ⋅ 0,0784 m² = 43 N actúa sobre el componente estructural en la dirección del viento.

Determinación numérica de la carga de viento

Si la distribución de la presión del viento sobre el componente también es necesaria, además de esta fuerza del viento Fw, se puede calcular una distribución de presión correspondiente en el mismo, por ejemplo mediante un análisis de CFD. En él, se imagina que el componente se encuentra en un túnel de viento numérico y su distribución de presión se determina dependiendo de la distribución de presión y velocidad resultante a su alrededor.

Das Programm RWIND Simulation erlaubt solch eine numerische Simulation von Windströmungen um Gebäude oder sonstige Objekte auf Basis eines 3D-Finite-Volumen-Netzes. La aplicación genera automáticamente esta malla con tamaños de elementos mutuamente relacionados ajustados al modelo. Je näher die Finite-Volumen-Elemente an der Modelloberfläche liegen, desto feiner wird das Netz generiert. El programa utiliza el generador de malla OpenFOAM (SnappyHexMesh) para este proceso. El solucionador estacionario SimpleFOAM para flujos turbulentos incompresibles se utiliza para calcular el flujo de viento y la presión del viento en la superficie del modelo.

Für das gegebene Beispiel ergibt eine RWIND-Simulation-Berechnung eine ähnliche Windkraft Fw = 41 N. Neben dieser Resultierenden gibt das Programm auch die Druck- und Windgeschwindigkeitsverteilung um das Bauteil sowie die Druckverteilung auf dem Bauteil mit aus.


Autor

El Sr. Niemeier es responsable del desarrollo de RFEM, RSTAB, RWIND Simulation y en el área de estructuras de membranas. También es responsable del aseguramiento de la calidad y la atención al cliente.

Enlaces
Referencias
  1. Eurocódigo 1: Acciones en los sistemas estructurales - Parte 1-4: Acciones generales, Cargas de viento; EN 1991-1-4:2010-12
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