Comparative analysis of guyed lattice mast computations in terms of American and European standard

• Autorzy: Pigoń Renata

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2024.148912

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu oddziaływania wiatru na maszt według TIA-222-H i EN 1993-3-1

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an analysis of a 100-meter wind measurement guyed mast located in the north-western part of the United States, in the state of Oregon. Using the RFEM software, the influence of the wind on the mast was analyzed according to the guidelines of two standards:. The purpose of this work is to show the differences between the results of static computations of the mast in terms of the considered standards. Due to the limited content of the work, the icing load on the structure was ignored in the analysis and the focus was on determining the response of the mast only in terms of wind action. The author tried to describe the differences in this respect between the standard guidelines American TIA-22-H and European EN 1993-3-1. The comments and conclusions regarding the analysis of guyed masts presented in the article have some practical aspects and can be used in design practice.

PL

Praca dotyczy statycznej analizy pomiarowego masztu z odciągami wysokości 100 m zlokalizowanego w północno-zachodniej części Stanów Zjednoczonych w stanie Oregon. W obliczeniach wykonanych programem RFEM rozpatrzono oddziaływanie wiatru na maszt według wytycznych dwóch norm: amerykańskiej TIA-222-H i europejskiej EN 1993-3-1. W artykule wykazano różnice między wynikami obliczeń statycznych rozważanego masztu oraz porównano podejścia i wytyczne normowe. Dynamiczną odpowiedz masztu na działanie wiatru uwzględniono z podziałem na obciążenie średnie na całej wysokości konstrukcji i obciążenia odcinkowe. Według normy amerykańskiej, o liczbie przypadków obciążenia wiatrem na maszt decyduje wysokość konstrukcji. W przeprowadzonej analizie na podstawie wytycznych rozważanych norm uwzględniono odpowiednio 4 i 13 odmiennych przypadków obciążenia wiatrem. Różnica w podejściu normy amerykańskiej w stosunku do normy europejskiej jest widoczna również przy przyjmowaniu wartości podstawowej bazowej prędkości wiatru Norma TIA-222-H nakazuje przyjęcie tej prędkości na podstawie 3-sekundowej prędkości wiatru w porywach, mierzonej na wysokości 10 m nad poziomem gruntu przez 50 lat średniego okresu powtarzalności w kategorii narażenia C. Z kolei norma europejska zaleca uwzględnienie tej prędkości jako wartość średnią 10-minutową o prawdopodobieństwie przewyższenia 0,02 co odpowiada średniemu okresowi powrotu 50 lat. Kolejną różnicę między TIA-222-H i EN 1993-3-1 stanowi uzyskanie końcowych wartości sił wewnętrznych do wymiarowania elementów. W przypadku normy amerykańskiej są to maksymalne wartości sił wewnętrznych jako efekt najbardziej niekorzystnych kombinacji obciążeń odczytane bezpośrednio jako wyniki analizy statycznej masztu. Natomiast w przypadku normy europejskiej ostateczne wyniki analizy należy wyznaczyć jako algebraiczną sumę efektów od obciążenia średniego i obciążeń odcinkowych. Do analizy użyto ramowo-kratowy model obliczeniowego trzonu masztu. Obliczenia prowadzono z uwzględnieniem nieliniowej analizy sprężystej II rzędu, z pominięciem wstępnych imperfekcji trzonu masztu. Z przeprowadzonej analizy można zauważyć, że różnice pomiędzy wynikami sił wewnętrznych w krawężnikach trzonu i sił normalnych w odciągach masztu według obu rozważanych norm są bardzo duże. Różnice te w przypadku najbardziej obciążonych elementów są blisko 46% większe w przypadku normy europejskiej w stosunku do normy amerykańskiej. Przy projektowaniu według EN 1993-3-1 należy zatem stosować większe przekroje poprzeczne elementów konstrukcyjnych masztu. W związku z powyższym można stwierdzić, że procedury amerykańskie są znacznie prostsze i mniej rygorystyczne w porównaniu z normą europejską, a zastępcza metoda statyczna przedstawiona w Eurokodzie pozwala na wyznaczenie dynamicznej odpowiedzi masztu z dużym zapasem bezpieczeństwa. Wyniki analiz numerycznych w programie RFEM zostały skonfrontowane z wynikami uzyskanymi w programie SOFiSTiK.

Słowa kluczowe

EN

comparative analysis; guyed mast; wind loads

PL

analiza porównawcza; maszt z odciągami; obciążenie wiatrem

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 70, nr 1
• Strony: 289--304
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pigoń Renata

• Koszalin University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Environmental and Geodesy, ul. Sniadeckich 2, 75-453 Koszalin, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3190-0197

Bibliografia

• [1] Dlubal Sofware Sp. z o.o., “Dlubal”. [Online]. Available: https://www.dlubal.com/pl. [Accessed: 12. Apr. 2023].
• [2] TIA-222-H: 2018 Structural Standard for Antenna Supporting Structures and Antennas and Small Wind Turbine Support Structures. TIA, 2018.
• [3] EN 1993-3-1 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 3–1 : Towers, masts and chimneys – Towers and masts. CEN, 2006.
• [4] M. Duraczyński, “Research and analysis of wind energy for the energy sector in South – East Poland”, PhD thesis, AGH University of Science and Technology in Krakow, Poland, 2013 (in Polish).
• [5] A. Latko, J. Matthai, and A. Latko, "Analysis of wind conditions for the needs of wind energy”, in Wind power – planning and realization. Gdansk, 2002, pp. 1-6 (in Polish).
• [6] TIA-222-G:2005 Structural Standard for Antenna Supporting Structures and Antennas. TIA, 2005.
• [7] A.M. Rasool, Y.E. Ibrahim, M.U. Qureshi, and Z. Mahmood, “Analysis of communication tower different heights subjected to wind loads using TIA-222-G and TIA-222-H standards”, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, vol. 22, no. 4, pp. 2175-2188, 2023, doi: 10.1080/13467581.2022.2145203.
• [8] A.M. Rasool, M.U. Qureshi, and M. Ahmad, “A comparative study of the calculation of wind load and analysis of communication tower as per TIA-222-G and TIA-222-H standards”, KSCE Journal of Civil Engineering, vol. 25, no. 2, pp. 646-653, 2021, doi: 10.1007/s12205-020-0662-5.
• [9] “ASCE 7 Hazard Tool”. [Online]. Available: https://asce7hazardtool.online/. [Accessed: 10. Apr. 2023].
• [10] ASCE/SEI 7-22: Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures. ASCE, 2022.
• [11] “Google Earth”. [Online]. Available: https://earth.google.com/web/. [Accessed: 25. Mar. 2023].
• [12] Sz. Pałkowski, Steel structures. Selected issues of calculation and design. Warszawa: PWN, 2009 (in Polish).
• [13] Ö. Yapar, “Analysis of earthquake loading, wind loading and ice loading effects on guyed masts”, M.S. – Master of Science, Middle East Technical University, Turkey, 2010.
• [14] EN 1991-1-4: 2005 Eurocode 1: Actions on structures. Part 1–4: General actions – Wind actions. CEN, 2005.
• [15] PN-EN 1990: 2004 Eurocode: Basis of structural design. PKN, 2004.
• [16] R. Pigoń, “Selected problems of the masts analysis taking into account the elasto-plastic guys properties”, PhD thesis, Koszalin University of Technology, Poland, 2022 (in Polish).
• [17] EN 1993-1-1 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1–1: General rules and rules for buildings. CEN, 2005.
• [18] M. Matuszkiewicz, “Imperfections in calculations of guyed lattice masts”, Archives of Civil Engineering, vol. 60, no. 4, pp. 409-420, 2014, doi: 10.2478/ace-2014-0028.
• [19] SOFiSTiK 2016 FEA. Oberschleissheim, Germany, 2016.
• [20] M. Matuszkiewicz and R. Pigoń, „Parametric analysis of mast guys within the elastic and inelastic range”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 1, pp. 169-187, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.140162.
• [21] J. Bęc, “Aerodynamics of guyed masts”, Budownictwo i Architektura, vol. 1, no. 1, pp. 103-118, 2007.
• [22] J. Bęc and A. Flaga, “Guyed masts subjected to wind and the environmental actions”, in The Fourth European & African Conference on Wind Engineering, EACWE4, 11-15 July 2005, Prague, Czech Republic. Prague: Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Academy of Sciences of the Czech Republic, 2005, pp. 32-33.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).