مطالعه پارامتری پاسخ‎های‎ طولی و عرضی دودکش‎های بتن‎آرمه بلند در برابر باد با تحلیل حوزه فرکانس

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی دکترا، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

دودکش‎های صنعتی بلند سازه‎هایی حساس دربرابر بارهای دینامیکی باد می‎باشند. آیین‎نامه‎ها عموماً روابطی تقریبی را جهت تخمین پاسخ سازه‎های بلند در برابر این بارها ارائه می‎دهند، با این‎حال تعیین دقیق پاسخ سازه‎های حساس و لاغر را مستلزم تحلیل دینامیکی می‎دانند. در این تحقیق، پاسخ‎های دینامیکی دودکش‎های بتنی بلند با محدوده ارتفاعی 100 تا 400 متر در مقابل ارتعاشات تصادفی باد، با روش تحلیل حوزه فرکانس مورد تحلیل قرار گرفته است. با توجه به اینکه در این نوع سازه‎ها مود خمشی غالب می‎باشد، لذا سازه دودکش به صورت تیر طره‎ای قائم چند درجه آزادی مدل گردیده است. کلیه مراحل مدلسازی و تحلیل شامل المان‎بندی سازه، تعیین ماتریس انتقال، محاسبه ماتریس‎های تابع طیفی نیروهای طولی و عرضی باد و انتگرال‎گیری عددی جهت تعیین پاسخ در محیط نرم‎افزار متلب انجام شده است. تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل ارتفاع دودکش، نسبت قطر فوقانی به قطر تحتانی آن، سرعت مبنای باد و ناحیه قرارگیری دودکش در پاسخ‎های طولی و عرضی سازه مورد بحث و بررسی قرار گرفته ‎است. نتایج نشان می‎دهد ضریب تغییرات پاسخ طولی دودکش‎ها با افزایش سرعت مبنای باد و زبری سطح زمین افزایش می‎یابد. پاسخ عرضی دودکش‎های مورد مطالعه در محدوده سرعت مبنای 10 الی 20 متر بر ثانیه به مقدار اوج خود می‎رسد. کاهش نسبت قطر فوقانی دودکش به قطر تحتانی آن، به طور قابل ملاحظهای پاسخ عرضی سازه را کاهش می‎دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Parametric study of the along-wind and across-wind responses of tall RC chimneys using the frequency domain analysis

نویسندگان [English]

  • Houshyar Eimani kalehsar 1
  • Nahmat Khidaie 2
1 Assistant professor, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 PhD Candidate, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Tall industrial chimneys are sensitive structures to dynamic wind loads. Design codes generally provide approximate equations to estimate the wind-induced response of tall structures. However, they require dynamic analysis to determine the accurate response of slender and sensitive structures. In the present study, dynamic responses of 100-400 m tall RC chimneys under the random wind loads are determined using the frequency domain analysis. Due to the dominant bending mode, the structure of the chimney is modeled as a multi-degree-of-freedom (MDOF) lumped-mass system. All the modeling and analysis procedure, including element meshing, determining the transfer matrix, calculating the along-wind and across-wind force spectrum matrices, and the numerical integration to obtain the responses, are carried out using MATLAB software. The effect of different design parameters, such as chimney height, top diameter to base diameter ratio, basic wind velocity, and terrain category on the wind-induced response of structures, is investigated. The results indicate that the coefficient of variation (CV) of the along-wind response increases with increasing the basic wind velocity. The maximum across-wind responses of the studied chimneys occur in the basic wind velocity range of 10 to 20 m/sec. The across-wind response significantly decreases as the ratio of top diameter to base diameter of the chimney decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Across-wind response
  • Along-wind response
  • Tall RC chimneys
  • Frequency domain analysis
  • Transfer matrix

[1] Davenport A.G. (1967), “Gust loading factors”; Journal of the Structural Division, ASCE, 93, 11-34

[2] Vickery B.J, (1970) ;“On the reliability of gust loading factors”; Proc., Technical Meeting Concerning Wind Loads on Buildings and Structure, 30 , 296–312.

[3] Solari, G. (1993a), “Gust buffeting. I: Peak wind velocity and equivalent pressure”; Journal of Structural Engineering, 119(2) , 365–382.

[4] Solari G. (1993b), ‘‘Gust buffeting. II: Dynamic along-wind response’’; Journal of Structural Engineering, 119(2), 383–397.

[5] Menon D. and Rao S. (1997), “Estimation of along-wind moments in RC chimneys”, Engineering Structures, 19(1), 71 78.

[6] Kijewski T., and Kareem A. (1998), “Dynamic wind effects: A comparative study of provisions in codes and standards with wind tunnel data”; Wind and Structures An International Journal, 1(1) 77–109.

[7] Zhou Y., Kijewski T., and Kareem A. (2002), “Along-wind load effects on tall buildings: Comparative study of major international codes and standards”; Journal of Structural Engineering, ASCE , 128, 788–96.

[8] Kwon D.K. and Kareem A. (2013), “Comparative study of major international wind codes and standards for wind effects on tall buildings”; Engineering Structures, 51  23–35

[9] Vickery B.J. and Clarke A.W. (1972), "Lift or across-wind response of tapered stacks"; Journal of the Structural Division, 98, 1-20.

[10] Vickery B.J. and Basu R.J. (1983), “Across-wind vibrations of structures of circular cross-section. part I. development of a mathematical model for two-dimensional conditions”; Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 12, 49-73

[11] Vickery B.J. and Basu R.I. (1984), “The response of reinforced concrete structures to vortex shedding”; Journal of Structural Engineering, 6, 324-333.

[12] Menon D. and Rao S. (1997), “Uncertainties in codal recommendations for across-wind load analysis of R/C chimneys”; Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 72, 455-468

[13] Arunachalam,S. (2014) , “A method for prediction of across-wind response of tall circular  concrete chimneys.”; J.Wind and Engineering, 11(1) 23–39.

[14] Arunachalam S., Lakshmanan N. (2015), “Across-wind response of tall circular chimneys to vortex shedding”; Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 145 187–19

[15] Wang Ch., Lü Z., Tu Y. ( 2011) , “ Dynamic Responses of Core-Tubes with Semi-Flexible Suspension Systems Linked by Viscoelastic Dampers under Earthquake Excitation”; Advances in Structural Engineering, 14(5, 801-813.

[16] Zhang X., Qin  X., Cherry  S., Lian L., Zhang J., Jiang J. (2009), “ A New Proposed Passive Mega-Sub Controlled Structure and Response Control”; Journal of Earthquake Engineering, 13,  252–274.

[17] Zhang  X., Zhang  J. L., Wang D., Jiang J. S. (2005) , “Controlling characteristics of passive mega-sub controlled frame subjected to random wind loads”; Journal of engineering mechanics, 131(10), 1046–1055.

[18] Wu1 J. C. and Yang J. N. (1998), “Active control of transmission tower under stochastic wind”; Journal of Structural Engineering, 124(2), 1302-1312.

[19] Paz M. (1991), “Structural Dynamics”, Van Nostrand Reinhold, New York, USA.

[20] Preumont A. (1994), “Random vibration and spectral analysis”, Kluwer academic publishers, Dordrect.

[21] National Research Council (NRC) (2010). National building code of Canada, Ottawa (Canada): Associate Committee on the National Building Code, National Research Council.

 [22] Simiu E., & Scanlan R. H. (1996), “Wind effects on structures: Fundamentals and applications to design”; New York: Wiley.