Методика расчета смещения, угона и опрокидывания оборудования Под действием скоростного напора

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

«Прогнозирование последствий бурь, штормов и ураганов»

Цель работы: ознакомить с градацией скорости ветра, общей характеристикой степеней разрушения зданий и сооружений и данными по степеням их разрушения при различных скоростях ветра, освоить методику определения потерь населения и устойчивости элементов на смещение, опрокидывание и угон.

ГРАДАЦИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА

Для характеристики скорости ветра раньше использовалась 12-бальная шкала, предложенная в 1806 г. английским адмиралом Бофортом. В 1946 г. она была модифицирована для ураганов специалистами национальной службы погоды США, которые ввели для последнего, 12-го балла (ураганы) шесть подразделений. В 1963 г. эта шкала была уточнена в метрическом измерении (Хромов, Мамонтова – СССР) и принята Всемирной метеорологической организацией. В табл. 1 она приводится с некоторыми сокращениями второстепенных деталей и дополнениями о разрушительном потенциале.

ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕПЕНИ РАЗРУШЕНИЯ ЗДАНИЙ, СОРУЖЕНИЙ, ОБОРУДОВАНИЯ

Различают четыре степени разрушения зданий и сооружений, подвергшихся воздействию поражающих факторов при высоких скоростях ветра, ударной воздушной волны, землетрясении и пр. (слабую, среднюю, сильную и полную), характеристики трех из них приведены в табл. 2.

Степень разрушения зданий, сооружений, оборудования зависит от скорости ветра, этажности, места расположения. Данные по степеням разрушения приведены в табл. 3.

Характеристика застройки содержит данные по назначению, этажности, материалу стен, перекрытий и покрытий. При выборе типа наземного здания используется следующая классификация зданий по этажности:

▪ малоэтажные (до 4-х этажей);

▪ многоэтажные (от 5 до 8 этажей);

▪ повышенной этажности;

▪ высотные (более 25 этажей).

МЕТОДИКА РАСЧЕТА СМЕЩЕНИЯ, УГОНА И ОПРОКИДЫВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СКОРОСТНОГО НАПОРА

Энергия скорости ветра, т.е. скоростной напор D Р _ск (Па), пропорционален произведению плотности атмосферного воздуха r (кг/м³) на квадрат скорости воздушного потока V (м/с):

(1)

При воздействии скоростного напора на объект возникает смещающая сила Р _см, которая может вызвать: смещение оборудования относи­тельно основания (фундамента) или его отбрасывание; опрокидывание оборудования.

3.1. Смещение и перемещение оборудования может привести к слабым, а в ряде случаев и средним разрушениям. Степень разрушения оборудования резко повышается, если оно отбра­сывается на какое-то расстояние, сопровождается ударами о другие предметы и вызывает дополнительные разрушения. Оборудование (станок, трансформатор, кран) сдвинется со своего места, если смеща­ющая сила Р _см будет превосходить силу трения F _тр и горизонтальную составляющую силы крепления Q_г, т. е. При

где F _тр= fG = fmg.

Здесь Qг – суммарное усиление болтов крепления работающих на срез, Н;
f – коэффициент трения, определяемый по табл. 5; G – вес оборудования, Н; m – масса оборудования, кг; g – ускорение свободного падения, равное
9, 8 м/с².

Для незакрепленного оборудования (Q_г = 0) сме­щение наблюдается при Р _см³ F _тр.

Смещающая сила опреде­ляется по формуле Р_см=С_х´ S´ DР_ск,
где С _х – коэффициент аэродинамиче­ского сопротивления пред­мета; S – площадь миделя обтекаемого предмета, м².

Значения коэффициента С _х, для тел различной форма приведены в табл. 6.

Если тело имеет слож­ную форму, составленную из тел, приведенных в табл. 6, то примерное значение коэф­фициента С _х тела сложной формы определяется как

,

где: С _{х i} – коэффициент аэродинамического сопротивления i -й части тела;
S_i – площадь миделя i -й части тела.

Сила смещения Р _cм прикладывается в центре тяжести площади (в центре давления) предмета (рис. 1).

Рис. 1. Силы действующие на предмет при смещении:

1 – центр давления; 2 – центр тяжести

Зная силу трения, можно найти скоростной напор D Р _ск, вызыва­ющий смещение оборудования.

Так как Р_см=С_х´ S´ DР_ск, то предельное значение скоростного напора, не вызывающее смещения предмета

Когда смещающая сила значительно превосходит си­лу трения (Р _см> > F _тр), незакрепленные предметы могут отбрасывать­ся на значительные расстояния, дополнительно разрушаясь при этом.