Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния осветительной мачты для Granary Square – King Cross (центральная часть Лондона) (2010 г.)

В рамках V  международного симпозиума по вычислительной механике CompMechWorkShop (CompMech'2010) сотрудники лаборатории «Вычислительная механика» (CompMechLab) СПбГПУ совместно со специалистами научно-исследовательского центра YTI Университета прикладных наук г. Миккели (Финляндия), по заказу Siteco Lighting Systems, Великобритания, и Tehomet, Финляндия, провели расчет металлоконструкции осветительной мачты, которую планируется установить в центральной части Лондона.

Архитектурные элементы городского оформления и осветительное оборудование, устанавливаемое на территории Великобритании, должны быть рассчитаны и исполнены в соответствии с требованиями многочисленных норм и стандартов. В частности, в представленном исследовании металлоконструкции рассчитывалась на действие ветровой нагрузки в соответствии с международными нормами ANSI/ASCE 7-88 и ANSI A58.1-82 .

Осветительная мачта, моделируемая в данном проекте, представляет собой конструкцию из двух труб прямоугольного сечения соединенных между перемычками, на которых закреплены массивы прожекторов и рефлекторов. Высота мачты составляет около 13-ти метров, характерные габариты поперечного сечения мачты - 500 X 400 миллиметров.

Для расчета ветровой нагрузки, действующей на металлоконструкцию, проведен поиск первой собственной частоты и соответсвующей формы колебаний осветительной мачты.

В работе проведена оценка возможности снижения толщин труб конструкции: рассмотрено три различных варианта. В качестве факторов, действующих на конструкцию, рассмотрены ветровая нагрузка (в соответствии со стандартами ANSI/ASCE 7-88 и ANSI A58.1-82) и сила тяжести, взятая с коэффициентом запаса - 1,2..

В результате конечно-элементного решения задачи определено деформированной состояние конструкции с разной толщиной труб и поле эквивалентных по Мизесу напряжений. Особое внимание уделено реактивным силам и моментам, возникающим в болтовых соединениях между осветительной мачтой и фундаментом.

Результаты выполненного конечно-элементного расчета позволяют подобрать оптимальные значениях толщин труб, используемых при возведении осветительной мачты, диаметры болтов для крепления металлоконструкции к фундаменту и тип фундамента, необходимого для подобной конструкции.