Table of Contents

The Phenomenon of Vortex Shedding and Its Relevance to Bridge Design

לכן שופכת וורטקס היא תופעה אינטראקציה נוזלית-מבנה המתרחשת כאשר הרוח זורם מעבר לגוף bluff, כגון מגדל גשר, pylon, או קצה הסיפון. as air Flows סביב המבנה, שכבות הגבול נפרדות וגלגל לתוך שינוי של מערבות בצד הליטורג, אשר נוצר מה ידוע בשם פון קדמיון מערבולת, אלה מערבים את הכוח הטבעי לפתח את השרירים העיקריים של כוחות רוח רפאים.

כישלונות היסטוריים שגורמים להבנה מודרנית

גשר הטקומה של Tacoma Narrows Bridge Collapse

הדוגמה המפורסמת ביותר של כישלון גשר מחושב היא התמוטטות הגשר של Tacoma Narrows Bridge במדינת וושינגטון, למרות שלעתים קרובות לא מוכר כמפלה טהורה, הכישלון היה למעשה מונע על ידי פלוטר אווירולקסטי, אינטראקציה מורכבת יותר המעורבת חוסר יציבות נורמטיבית.עם זאת, האירוע הראה באופן דרמטי את הסכנות של מודעות לא מספקת של גשר, החתת רוח, אפשרה ריצוף אבן-קרד, עם עצירות מובילה, עם עצירות.

אירועים בלתי אפשריים אחרים

שרידים של וורטקס היו מעורבים במספר מקרי גשר אחרים.The ברייטון פירס באנגליה חוו תנודות והתמוטטות חלקית ב-1836 עקב השפעות רוח, זמן רב לפני שהמכונאים הבינו.מאוחר יותר, גשר המילניום בלונדון (2000) סבל מגשרים מאוחרים מהולכי רגל, אך העיצוב שלו נחשב גם כסגת שוליים במהלך רוחות גבוהות.

הפיזיקה מאחורי וואטקס שינג

אתר ה-Van Vortex Street

(ב) כאשר הוא עובר על חפץ לא-זרםי במספרים של ריינולדס בינוני (בדרך כלל בין 102 ל-105), שכבת הגבול מפרידה בין הצדדים המנוגדים של הגוף, היא יוצרת דפוס מחוספס של מספר 3 ליטרים (החלקה של גל) של גל המעבר (VenFal) הוא 1-4, 000 ליטרים (Flowing) של כביש LT)

ראשי התיבות של: Reynolds Number, Strouhal Number, and Decd Velocity

(ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תנאי נעילה ושיקום

לוקה מתרחש כאשר תדירות ההפחתה של ה- vortex מתקרבת לתדירות הטבעית של מצב רטט.בשלב זה, התנועה של המבנה ניזינה בחזרה לתוך הזרם, מסנכרן את התהליך השופך.ה amplitude של רטט גדל במהירות, לעתים קרובות מוגבל רק על ידי מהירות לא ליניארית לחיבית או גבולות מבניים.

כיצד Vortex Shedding Threatens Bridge Integrity

מוטציות וטוריות

וורטקס שופכת בעיקר גורמת לתנודות אנכיות לכיוון הרוח, כמו כוחות המעלית משתנים לדחוף ומושך את המבנה.עבור סיפון גשר, תנועות אנכיות אלה יכולות להיות לא נוח למשתמשים, ואם די גדול, לגרום נזק לעייפות יותר מסוכן הם תנודות טוראו-סימטריות, שבו הסקאות סביב ציר ארוך טווח שלה Torional טורונאלי לעתים קרובות מתלהבות על פני השטח של טטים, או מטווחים, כי הם לעתים קרובות מטווחים אל מעבר לטרים.

נזקי שומן וטווח ארוך

גם כאשר vortex לשפוך לא גורם התמוטטות מיידית, רטטים חוזרים על רמות נמוכות מצטברים נזק עייפות בחיבורים מבניים, ריתוך, וכבלים. מעל עשרות שנים, זה יכול להוביל לדיכוי סדקים ולהחלפה מוקדמת של רכיבים. Fatigue הוא במיוחד לגבי גשרים מכובלים ומישושים, שבו מכובשים להישאר כבל רגישים לתנודות מושרה.

סקרנים קיצוניים: סיכון להתמוטטות

במקרים קיצוניים, או אירוע מנעול גדול או ארוליסטי יכול לגרום לכישלון קטסטרופלי.התמוטטות גשר טאקומה Narrows נשאר הדרמטי ביותר, אבל כמה גשרים אחרים נפגעו או נסגרו בשל תנודות מופרכות טורטקס.העלייה בסיכון לאורכו זמן רב מאוד (1 ק"מ ומעבר) כי התדרים הטבעיים נמוכים יותר ולחות הם חסרי טבע או סגורים בגלל שינויים קשים במזגנים עלולים גם להבחין בתבניות רוחיות עלולות להיות מסוגלות לאכזבות.

פתרונות הנדסה נגד Vortex Shedding

צורת ה-Rateural Shape ו- Aerodynamics

הדרך היעילה ביותר להפחית את הנפיחות הטורפת היא לשנות את הצורה החלקה לחצות כדי לעכב את הפרדת הזרימה ולהחליש את הצורות הטורטיות. Common aeroדינמית כוללים ג'ימיים עם קצוות מעוקלים, ירידים, ומדריכי נדרים. לדוגמה, גשר Belt הגדול בדנמרק משתמש במגרש ארגזים מלכוד עם שביל חד-פעמי כדי לדכא פינות או שמיכות.

מערכות Damping

(ב) כאשר עיצוב אווירודינמיקה אינו מספיק, תוספת של לחות מכנית לפירוק אנרגיה רטטית (FLT:0) גשרים מחוסנים (TMDs) מאנרגיה מעיין (Flowate) לתדירות הטבעית של מצב היעד: 7Folatings) לספוג אנרגיה מטווח חשמלי גבוה (Following) ו-Dipretasives:

אפשרויות ודעות

בחירת חומרים עם יחס נוקשה גבוה למשקל יכול להעלות תדרים טבעיים מעל טווח של vortex לשפוך ציטוט. פלדה וביצועים גבוהים הם אפשרויות מסורתיות, בעוד שתרכובות מתקדמות כמו סיבים פחמן מחזקים פולימר (CFRP) צוברות פופולריות עבור גשרים חדשים לטווח ארוך.עם זאת, נוקשות מוגברת מוסיפה משקל, אשר עשוי להגדיל את העומסים זהיר בין ביצועים מבניים, תגובה דינמית, ודינמית הוא גם חומרים מקודמת חיוני.

מערכות בקרה Active control Systems

שיטות בקרה אקטיביות משתמשות בחיישנים ומבצעים כדי למנוע את הכוחות המושרה נגדית בזמן אמת.לדוגמה, ⁇ :0active Mass moistersalFLT:1 (AMDs) מותאם על ידי אלגוריתמי משוב יכול לדכא תנודות ביעילות רבה יותר מאשר מערכות פסיביות, במיוחד בתנאי רוח משתנים.

סימולציות אנליטיות ונוריות

בדיקת מנהרה הרוח נותרה תקן הזהב להערכת המאפיינים השופכים של מערבול.מודלים מדורה נבדקים בקנה מידה מופחת כדי למדוד מספרי סטרופיל, מהירויות מנעולים רוח, ואירודינמיקה לחות. עבור גיאמטריה מורכבת, מודלים אוויריים מלאים עם נוקשות גבוהה ומבנה המוני משמשים.

כלים מתקדמים לחיזוי Vortex Shedding

מבחן מנהרת רוח

בדיקת מנהרה רוח עבור גשר אווירודינמיקה עוקב אחר פרוטוקולים מבוססים כגון אלה המתוארים על ידי ASCE ו HW גשרים. מודלים סעיף בדרך כלל 1:50 עד 1:200 קנה מידה רכובים על מנת לדמות התנהגות דינמית. Measurements כוללים מעלית וגרור coefficients, מערבול ספקטרום, ותגובה אדפטינים תחת זוויות רוח שונות וטרטים פנימה של שינויים ישירות עיצובים מורכבים, הם עדיין מודלים אנליטיים הכרחיים של תאים מורכבים.

Fluid Dynamics (CFD)

כלים מודרניים של CFD יכולים מודל של זרימה תלת-ממדית מלאה סביב סיפון גשר, pylons, וכבלים עם רזולוציה מרחבית גבוהה.FLT:0Large eddy סימולציה (les) irLT:1 לוכד את המבנים הסוערים בקנה מידה גדול האחראי על vultexating שטח, בעוד FLT:2detached סימולציהdddddddddy (DES) 3D) תכונות מהירות, כמו גם תכונות של תכונות של vulal, כגון vultexitectal, כמו גם תכונות סטנדרטיות, כמו גם תכונות של vultexitams, 000 vultexitams ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מעקב שדה והתאמה בזמן אמת

גשרים מודרניים רבים מצוידים במערכות ניטור בריאות מבניות (SHM) הכוללות מדמטרים, אממטרים, ומדני זנים.מערכות אלה לזהות רטטים מושרה מערבולת מעוררות התראה אם amplitudes עולה על סף.לדוגמה, גשר סטונדטורים בהונג קונג משתמש במערכת מקיפה של SHM כדי לעקוב אחר אינטראקציות מתקדמות.

דוגמאות אמיתיות בעולם ל-Vrtex Shedding Mitigation

Millau Viaduct (צרפת)

ה- Millau Viaduct, הגשר הגבוה ביותר בעולם, משתרע על עמק טראן עם גובה מקסימלי של 343 מ '. עיצוב רב-טווח שלה כבל-מטווח פועל זרמי פלדה תאומים עם פרופיל חיצוני מדרדרדרדר למזער vultex לשפוך. pylons הם מוקרן ויש לו חתך צלב-גולגולת כי להפחית היווצרות משותף של קוהרנטיים יכול לעמוד מול גשר MiD ק"מדומים.

גשר אקשי קאיקיו (יפן)

גשר אקשי קאיקיו, עם אורך מרכזי של 1,991 מ', הוא גשר השעיה הארוך ביותר בעולם. ממוקם באזור הקלדון-פרון, העיצוב שלו משלב truss קשיחות עם קטע משולש זוויתי המפרק את הטורפים הגדולים של לחות מעיסקוים ומכוונן לחות ההמונים ממוקמים במקומות מרכזיים כדי לספוג אנרגיה מזחלות מגזענים ומסובכות עם רסמוכות מינימליות עם סמוכות מרובות.

גשר ארסונד (Denmark/Sweden)

גשר resund משלב קטע מצורף כבל ומנהרה צף. Windמחסומים לאורך הקצוות הסיפון היו אופטימיזציה באמצעות CFD כדי להפחית לשפוך מערבה ללא הגדלת גרר באופן מוגזם.שני סיפון פלדה מקבילים של הגשר עוצבו כדי למנוע לשפוך סינכרוני שיכול להציק מצבים מאוחר יותר.

גשר סטונדורס (Hong Kong)

גשר זה, המשטח של כבל, כולל פינות בטון יחיד ופרופיל מורכב פלדה-concrete הסיפון. החלק הצלב של פיילון תוכנן עם פינות chamfered ופרופיל זרח כדי לדכא vultex לשפוך. MR לחים מותקנים מותקנים בכבלים הלהישאר להסתגל לשינוי תנאי הרוח.

עתידו של Vortex Shedding Management

למידה מכונה לחיזוי

אלגוריתמי למידת מכונות מאומנים על נתונים גדולים ממבחנים של מנהרות רוח וסימולציות CFD כדי לחזות תכונות שופכות של צורות גשר חדשות.רשתות נילי יכולות להעריך במהירות את מספרי סטרול, מנעולים בטווחים, ותגובה אדפטידים, צמצום הצורך בתכנון ניסיוני וטרור נרחב.הם יכולים גם להיות מוטבעים במערכות SHM כדי לחזות על מגמת מגמת נטיות מסוכנות המבוססת על מדידות רוח אמיתיות.

מבנה חכם עם דמים הסתגלות

מחקר בחומרים חכמים, כגון סגסוגת זיכרון צורה ומחוללים אדזואלקטריים, מבטיח דרכים חדשות לשלוט ברטטים המושרה מערבטקס.חומרים אלה יכולים לשנות נוקשות או ליצור כוחות בתגובה לגירויים חשמליים או תרמיים, המאפשרים מערכות הסתגלות קלות משקל לצרוך מעט כוח.מתאים היברידיים המשלבים אלמנטים פסיביים עם שליטה פעילה מפותחים גם הם; הם מציעים את האמינות של מערכות פאסיביות עם גמישות של מערכות פעילות לאירועים קיצוניים.

חומרים חדשים וטכניקת בנייה

אולטרה ביצועים ביצועים בטון (UHPC) ופולימרים עמידים בסיבים מאפשרים סלנדר, רכיבי גשר קלים כי הם עדיין נוקשה מספיק כדי למנוע החזרות נמוכות של קידוד.טכניקות בנייה מודולריות לאפשר שילוב של מכשירים לחבק במהלך ייצור ולא רטרוfitting. אלה מבטיחים גשרים בטוחים יותר, עמידים יותר שניתן להתאים לביצועים aeroדינמית בשלבים המוקדמים ביותר.

הבטחת בטיחות בגשר המחר

שרידים של אתגר מרכזי בהנדסת הגשר, אחד הדורש מחקר וחדשנות רצופים.הלקחים מכישלונות היסטוריים הובילו למתודולוגיות עיצוב חזקות המשלבות עיצוב אווירודינמיקה, לחות פסיבית ובדיקות מתקדמות.כפי שגשר משתרע מעבר ל-2 ק"מ ושינויי האקלים משנים את משטרי הרוח, הצורך בחיזוי מדויק והפחתה יעילה רק יגדלו מהנדסים כדי לחדד את הכלים שלהם - ממנהרות רוח - כדי להבטיח שעדיין לא לעמוד על פני השטח של מבנים יציבים, אלא גם על פני השטח של מערכות הגנה, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה יעילות, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה יעילה, אך ורק על פני השטח של מערכות יחסים בטוחות, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה יעילה, אך ורק על פני השטח של מערכות יחסים אלה ימשיכו לפעול באופן טבעי, הן קיימות, הן קיימות, אך ורק על פני השטח של מערכות הגנה יעילה, אך ורק על פני השטח, הן קיימות, הן קיימות, הן קיימות, הן יכולות להבטיח את הגמישות, אך הן קיימות, אך ורק על פני השטח של מערכות יחסים בטוחות, אך ורק על פני השטח, הן קיימות, אך ורק על פני השטח, אך