A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
Validierung eines numerischen Simulationskonzepts zur Strukturanalyse windbelasteter Membrantragwerke
Weitgespannte Membrantragwerke, insbesondere solche mit geringer Krümmung und niedrigen Vorspanngraden, reagieren auf Windgeschwindigkeitsschwankungen mit Schwingungen, die über die zur maximalen Windgeschwindigkeit gehörenden statischen Reaktionen hinausgehen können. Für die genaue Beurteilung der Standsicherheit müssen aufgrund der Schwingungsanfälligkeit zusätzlich zu der stationär wirkenden Windlast häufig die dynamischen Zusatzbelastungen infolge Windumströmung und auch deren Interaktion mit der Strukturantwort berücksichtigt werden. Die Ermittlung dynamischer Tragwerksantworten von Membranstrukturen unter Windbelastung führt bei der Verwendung von konservativen Näherungsansätzen meist zu überdimensionierten Strukturquerschnitten. Des weiteren ist die Identifizierung aeroelastischer Effekte durch eine übliche normgerechte Vorgehensweise nicht möglich, da hierzu die Interaktion von turbulenter Windströmung und nichtlinearer Tragwerksdynamik explizit berücksichtigt werden muss. Die Analyse dynamischer Tragwerksantworten windbelasteter Membrantragwerke mithilfe experimenteller Methoden ist nur in Einzelfällen durch vereinfachende Annahmen möglich. Es existiert somit außerhalb des Baus von Prototypen keine etablierte Analysemethode, die alle maßgebenden physikalischen Aspekte erfassen kann. Aus diesem Grund wurde ein Berechnungsansatz mittels numerischer Fluid-Struktur-Wechselwirkungssimulation vorgestellt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann geeignet, wenn Membrankonstruktionen auf Grund ihrer Konstruktionsweise bspw. der Gefahr aeroelastischer Instabilitäten ausgesetzt sind und die dynamische Strukturantwort durch Dämpfungseffekte der mitschwingenden, bewegten Luftmasse maßgebend beeinflusst wird. Der Beitrag beschreibt ein Berechnungskonzept für leichte flexible Membranstrukturen unter dem Einfluss von fluktuierenden Windlasten und liefert Ergebnisse über die einzigartige Validierung der numerischen Simulation an einem Feldversuch eines hochelastischen 29 m Schirms. Durch Vergleich der Messwerte am Prototyp im Originalmaßstab und den Ergebnissen der numerischen Berechnungen unter Berücksichtigung der Strömungs-Struktur-Wechselwirkung werden wesentliche Modellierungsaspekte herausgearbeitet und eine Abschätzung der Ergebnisqualität abgeleitet.
Validierung eines numerischen Simulationskonzepts zur Strukturanalyse windbelasteter Membrantragwerke
Weitgespannte Membrantragwerke, insbesondere solche mit geringer Krümmung und niedrigen Vorspanngraden, reagieren auf Windgeschwindigkeitsschwankungen mit Schwingungen, die über die zur maximalen Windgeschwindigkeit gehörenden statischen Reaktionen hinausgehen können. Für die genaue Beurteilung der Standsicherheit müssen aufgrund der Schwingungsanfälligkeit zusätzlich zu der stationär wirkenden Windlast häufig die dynamischen Zusatzbelastungen infolge Windumströmung und auch deren Interaktion mit der Strukturantwort berücksichtigt werden. Die Ermittlung dynamischer Tragwerksantworten von Membranstrukturen unter Windbelastung führt bei der Verwendung von konservativen Näherungsansätzen meist zu überdimensionierten Strukturquerschnitten. Des weiteren ist die Identifizierung aeroelastischer Effekte durch eine übliche normgerechte Vorgehensweise nicht möglich, da hierzu die Interaktion von turbulenter Windströmung und nichtlinearer Tragwerksdynamik explizit berücksichtigt werden muss. Die Analyse dynamischer Tragwerksantworten windbelasteter Membrantragwerke mithilfe experimenteller Methoden ist nur in Einzelfällen durch vereinfachende Annahmen möglich. Es existiert somit außerhalb des Baus von Prototypen keine etablierte Analysemethode, die alle maßgebenden physikalischen Aspekte erfassen kann. Aus diesem Grund wurde ein Berechnungsansatz mittels numerischer Fluid-Struktur-Wechselwirkungssimulation vorgestellt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann geeignet, wenn Membrankonstruktionen auf Grund ihrer Konstruktionsweise bspw. der Gefahr aeroelastischer Instabilitäten ausgesetzt sind und die dynamische Strukturantwort durch Dämpfungseffekte der mitschwingenden, bewegten Luftmasse maßgebend beeinflusst wird. Der Beitrag beschreibt ein Berechnungskonzept für leichte flexible Membranstrukturen unter dem Einfluss von fluktuierenden Windlasten und liefert Ergebnisse über die einzigartige Validierung der numerischen Simulation an einem Feldversuch eines hochelastischen 29 m Schirms. Durch Vergleich der Messwerte am Prototyp im Originalmaßstab und den Ergebnissen der numerischen Berechnungen unter Berücksichtigung der Strömungs-Struktur-Wechselwirkung werden wesentliche Modellierungsaspekte herausgearbeitet und eine Abschätzung der Ergebnisqualität abgeleitet.
Validierung eines numerischen Simulationskonzepts zur Strukturanalyse windbelasteter Membrantragwerke
Validation of a virtual design methodology for the structural analysis of membrane structures subjected to wind
Michalski, A. (author) / Haug, E. (author) / Wüchner, R. (author) / Bletzinger, K.U. (author)
Der Bauingenieur ; 86 ; 129-141
2011
13 Seiten, 12 Bilder, 24 Quellen
Article (Journal)
German
| British Library Online Contents | 2011
| Wiley | 2015
| Wiley | 2009