Dynamisk responsanalyse på Light*House på baggrund af aerodynamisk vindmodellering
Forfattere
Andersen, Per Kjærsgaard ; Tran, Phu Do
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2008
Antal sider
151
Abstract
Projektet undersøger, hvordan højhuset Light*House bevæger sig og vibrerer, når det påvirkes af vind (det dynamiske respons). Vi modellerer både den bærende og stabiliserende konstruktion, den underliggende jord og selve vindlasten. Gennem hele arbejdet anvendes finite element metoden (FEM), en beregningsmetode der opdeler konstruktionen i små elementer. Først udvikler og bruger vi en egen bjælkerepræsentation med Bernoulli–Euler bjælkeelementer, som kan konfigureres til forskellige rumlige bjælkekonstruktioner. Her undersøger vi, hvilken betydning det har for responsen, om etagedækkenes masse påsættes som punktlaster eller som en jævnt fordelt last over kernen. Dernæst modelleres konstruktionen som en plade–skivemodel i Abaqus, hvor vi analyserer egensvingningsformer og –frekvenser (bygningens naturlige måder at vibrere på og tilhørende frekvenser) for at vurdere effekten af mere præcis stivheds- og massefordeling. Vindlasten behandles med to tilgange: en såkaldt Wake‐model, der er direkte afhængig af konstruktionsresponset og oprindeligt udviklet til strømkræfter på offshore rørledninger, samt en 2D CFD‐analyse i ANSYS CFX (computational fluid dynamics), der kortlægger, hvilke hovedkomponenter lastsignalet består af, og hvad de afhænger af. CFD‐studiet gennemføres for både et cirkulært referencetværsnit og bygningens faktiske parallelogramformede tværsnit, og resultaterne implementeres i gruppens beregningsprogram. Interaktionen mellem bygningen og jorden modelleres først som uendelig stiv, hvorefter vi forsøger at indføre en Lumped Parameter Model (LPM) – en forenklet jordmodel med diskrete mekaniske elementer kalibreret efter jordens frekvensafhængige stivhed og lav beregningsbyrde. Implementeringen lykkes ikke inden for projektets tidsramme, men den tilhørende teoridel om LPM indgår i rapporten.
This project examines how the high-rise Light*House moves and vibrates under wind (its dynamic response). We model the load-bearing and stabilizing structure, the underlying ground, and the wind load itself. Throughout, we use the finite element method (FEM), a computational approach that divides the structure into small elements. First, we develop and apply our own beam representation with Bernoulli–Euler beam elements, configurable for various spatial beam structures. We investigate how the response changes depending on whether the floor masses are applied as point loads or as a uniformly distributed load over the core. Next, the building is modeled as a plate–shell system in Abaqus, and we analyze eigenmodes and eigenfrequencies (the building’s natural vibration shapes and their frequencies) to assess the impact of more precise stiffness and mass distribution. The wind load is treated with two approaches: a so-called Wake model that depends directly on the structural response and was originally developed for flow forces on offshore pipelines, and a 2D CFD analysis in ANSYS CFX (computational fluid dynamics) that identifies the main components of the load signal and their dependencies. The CFD study is performed for both a circular reference cross-section and the building’s actual parallelogram-shaped cross-section, and its results are implemented in the group’s calculation program. Soil–structure interaction is first modeled as infinitely stiff, after which we attempt to introduce a Lumped Parameter Model (LPM)—a simplified ground model with discrete mechanical elements calibrated to the soil’s frequency-dependent stiffness and low computational cost. This implementation was not completed within the project timeframe, but the corresponding theory section on LPM is included in the report.
[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]
Emneord