Составители: Семененко В.К., Фирсов В.В., Фролов Е.В.
Цель издания: Ознакомить студентов с оценкой градации скорости ветра и его
воздействием на элементы инженерно-технического комплекса
(ИТК), научить определять пределы устойчивости оборудования на
смещение и опрокидывание, а также возможные потери среди населения.
Специальности: Курс: II–V
Форма обучения: все формы обучения при изучении курса «БЖД в ЧС».
Тираж: 25 экз. печатного текста в компьютерном наборе, а также
электронный вариант.
Объем: __________ стр. через 1,5 интервала шифр № ________
Методические указания обсуждены на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды». Протокол № 4 от 11.03.2004г.
Зав. кафедрой БЖДиООС, профессор А.В. Фролов
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 Qг, 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 (Qг = 0) смещение наблюдается при Р см³ F тр.
Смещающая сила определяется по формуле Рсм=Сх´S´DРск,
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;
Si – 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 Рсм=Сх´S´DРск, 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.