Коэффициент порывного фронта ветра: новая концепция воздействия ветровых нагрузок на сооружения

По сравнению с ветрами атмосферного пограничного слоя, которые обычно рассматриваются как стационарные, ветры, связанные с порывными фронтами, происходящими от грозы или нисходящего потока (downburst), демонстрируют быстрые изменения за короткий период времени и могут сопровождаться изменением направления. Это вводит нестационарность как в среднем, так и в стандартном отклонении ветровых флуктуаций. Для реалистичного воспроизведения характеристик ветров порывного фронта и соответствующих нагрузочных эффектов представлена новая аналитическая концепция, названная здесь подходом коэффициента порывного фронта. Она сходна с форматом коэффициента грузовой нагрузки от порывов (gust loading factor), используемым в нормах и стандартах по всему миру для учета обычных ветров пограничного слоя. Коэффициент порывного фронта выражает обобщенное описание происхождения суммарных ветровых нагрузок на сооружения как при порывных фронтах, так и при ветрах пограничного слоя и в частном случае обычных ветров пограничного слоя сводится к коэффициенту грузовой нагрузки от порывов. Этот подход охватывает как кинематические, так и динамические особенности воздействий ветра, индуцированных порывным фронтом, которые отличают их от воздействий в обычных потоках пограничного слоя: изменение кинематики профиля скорости и его влияние на соответствующую аэродинамику, динамические эффекты, вызванные внезапным ростом скорости ветра, нестационарность турбулентности в ветрах порывного фронта и переходная аэродинамика. Для облегчения оперативного применения этой концепции в проектной практике и включения в нормы и стандарты аналитическая схема и рабочий процесс представлены через веб-портал. Это устраняет необходимость глубокого понимания фоновых основ концепции и связанных вычислительных затрат. Портал имеет удобный интерфейс, доступный по адресу http://gff.ce.nd.edu, что позволяет удобно анализировать несколько проектных сценариев с множеством потенциальных условий нагрузки, включая текущую процедуру ASCE 7-05 для ветров пограничного слоя для немедленного сравнения.