Специалисты АО "ЦИФРА" по заказу ООО "Политех-УИМП-XXI ВЕК" выполнили расчетное обоснование ветровой нагрузки на конструкции нового трамплина спортивного комплекса "Воробьевы горы" методами вычислительной аэродинамики в пакете ANSYS Fluent.
Проектирование и строительства лыжного трамплина — уникального для городской среды объекта — предъявляет повышенные требования к прочности и надежности конструкции, а значит и к точности расчета ветровой нагрузки. В связи с этим в проведенном аэродинамическом исследовании был учтен реальный рельеф окружающей трамплин местности и особенности конструкции трамплина, проведены расчеты для трёх потенциально опасных направлений ветра. В результате моделирования определено распределение ветровой нагрузки на поверхности трамплина и визуализирована пространственная структура обтекающего его потока.
Трамплин на Воробьевых (Ленинских) горах построили в 1953 году по проекту инженера Галли. Это был главный трамплин СССР, именно здесь проводились международные соревнования. В связи с устареванием конструкции и тем, что международная федерация лыжного спорта (FIS) изменила требования к геометрии профиля трамплинов, принято решение о реконструкции спортивного комплекса на Воробьевых горах. В ходе предстоящей реконструкции геометрические параметры, а также инженерные системы Большого московского трамплина приведут в соответствие с новыми требованиями. Реконструированный московский трамплин сможет претендовать на звание самого современного трамплина в мире, на котором можно проводить всероссийские и международные соревнования самого высокого класса.
Одним из важных факторов внешнего воздействия на конструкцию трамплина является ветровая нагрузка. Согласно статистическим данным о среднесуточной скорости ветра в Москве, средняя скорость в регионе за период с 2007 по 2017 годы составляет 3,7 м/с, максимальная средняя скорость за сутки — 11 м/с. Средняя скорость ветра невелика, однако за последние два года в Москве случались ураганы со скоростью ветра до 30 м/с, и такие ситуации необходимо учитывать при проектировании трамплина. В выполненном расчете нагрузка определена по данным свода правил «Нагрузки и воздействия» СП 20.13330.2016, утвержденным Минстроем Российской Федерации. Согласно данному своду правил, на поверхности входа в расчетной модели строится профиль скорости, увеличивающейся с ростом высоты от поверхности земли и достигающей 35 м/c на высотах порядка 200 м.
Расчет проведен в ANSYS Fluent для трех различных направлениях ветра: два боковых (восточное и западное) и фронтальное (северное).
В результате выполненного расчета определено, что давление на уровне башни и наиболее высоких участков трамплина в расчете с восточным направлением ветра достигает 0,5 КПа. Разработанная модель может быть использована в дальнейшем при анализе особенностей картины ветрового поля в различных зонах трамплина, в т.ч. и при проведении соревнований для оценки влияния ветровых потоков на движущегося спортсмена.
Полученные изополя ветрового давления на фасад трамплина положены в основу ветровой нагрузки при прочностном расчете металлической конструкции трамплинного комплекса, а также свайного фундамента. Расчет произведен в расчетном комплексе SCAD 21.1 силами ООО "ПОЛИТЕХ-УИМП-XXI ВЕК", являющимся основным проектировщиком конструктивной и архитектурной части. Установлены отличия между полученным ветровым давлением и нормативными рекомендациями ввиду влияния вормы окружающего рельефа и формы сооружения.
Особенностями данного сооружения, связанными с воздействием ветра, вляются:
- существенный (до 50%) вклад ветровой нагрузки в усилия на сваях. Учитывая сложность геологического строения Воробьевых гор и малую прочность верхних грунтов, ветровая нагрузка становится определяющей при выдергивании отдельной сваи из куста;
- появление специфических форм деформирования пролетной части трамплина при воздействии ветра - изгиб зоны разгона и возникающие при этом технологические проблемы эксплуатации;
- влияние ветра на крепления отделки и фасадных элементов трамплина.
Инженерные новости из мира численного моделирования на нашем канале, подписывайтесь!
