Высокие элементы оборудования (башенные краны, вертикальные станки, высокие приборы, опоры ЛЭП и т. п.) при действии скоростного напора могут опрокидываться (сваливаться) и сильно разрушаться.
Смещающая сила Р см, действуя на плече Z, будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече l/ 2 и реакция крепления Q на плече l – стабилизирующий момент (рис. 2).
Рис. 2. Силы и реакции, действующие на предмет при опрокидывании
Условием опрокидывания оборудования является превышение опрокидывающего момента над стабилизирующим, т.е. для закрепленного оборудования
,
для незакрепленного
.
Считаем, что точка приложения силы Р см находится прямо в центре тяжести площади миделя S предмета. Реакция крепления Q определяется как суммарное усилие болтов, работающих на разрыв.
Из неравенства определяем смещающую силу
.
Скоростной напор D Р ск вызывающий опрокидывание оборудования,
(при Q =0).
Пример 1. Определить предельное значение скоростного напора, не вызывающего смещение незакрепленного станка относительно бетонного основания.
Исходные данные: длина станка l =1000 мм; ширина b = 900мм; высота h = 1800 мм; масса m = 800 кг.
Решение. 1. Определяем предельное значение скоростного напора, не приводящее к смещению станка, по формуле
По табл. 4. определяем коэффициент трения чугунного основания станка по бетону f = 0,35, а по табл. 6 – коэффициент аэродинамического сопротивления С х = 1,3. Тогда
Па = 1,3 кПа.
Пример 2. Условия угона (перемещения) элементов, которые расположены на колесах, катках (мостовые краны, автомашины, железнодорожные вагоны и другие незакрепленные элементы), аналогичны условию смещения: в формуле вместо коэффициента трения скольжения берется коэффициент трения качения.
Например, аэродинамическая сила, необходимая для перемещения железнодорожного вагона весом 10 кН, высотой 4 м и шириной 2 м вдоль рельс равна D Р ск³ fG /(C х ×S)×=0,05×10/(1,3×8)=0,048 кПа.
Пример 3. Найти предельное значение скоростного напора, при котором станок не опрокинется.
Исходные данные: длина станка l = 1000 мм; ширина b = 900 мм; высота h = 1800 мм; масса m = 800 кг.
Решение. Определяем предельное значение скоростного напора
D Р ск lim оп, при котором станок еще не опрокидывается, по формуле
Па = 2,07 кПа,
принимая высоту приложения силы Z = h /2, площадь миделя S = bh.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕСТЕПЕНИ РАЗРУШЕНИЙ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И ПОТЕРЬ НАСЕЛЕНИЯ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ЗДАНИЙ
Пример комплексного прогнозирования последствий урагана.
Исходные данные: скорость ветра – 35 м/с, плотность атмосферного воздуха r=1,22 кг/м3. Инженерно-технический комплекс (ИТК), согласно табл. 2, включает в себя: административное многоэтажное здание (4), трансформаторную подстанцию (7), кирпичную водонапорную башню (8.1), крановое (13) и подъемно-транспортное (14) оборудование, наземные трубопроводы (16.1) и кабельные линии (17), ж/д вагон (20), станки средние (22). В административном здании находится 100 сотрудников.
Решение.
1. По табл. 2 определяем степень разрушений элементов ИТК и представляем их в графической форме:
| № п/п | Элементы ИТК | Степень разрешения при скорости ветра V, м/с | Критерий уст-ти,** Vlim, м/с | ||||||||||
 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
| |||||||||||||
| Административные многоэтажные здания (4)٭ |  
|     
|     
| 
| |||||||||
| Трансформаторная подстанция (7) | 
|  
|   
|     
| 
| ||||||||
| Водонапорная башня (8.1) |     
|    
|   
| 
| |||||||||
| Крановое и подъемное транспортное оборудование (14) |   
|    
| 
| ||||||||||
| Наземные трубопроводы (16.1) |
|   
|     
| 
| |||||||||
| Кабельные линии (17) |  
|    
| 
| ||||||||||
| Ж/д вагон |  
|     
|   
| ||||||||||
| Станки средние (22) | 
|  
| 
|  
| 
|
Заданная скорость ветра
٭Номер из таблицы 3
где - слабые разрешения
- 
средние разрешения
- 
сильные разрешения
- 
полные разрешения
** за критерий устойчивости принимается граничное значение скорости движения воздуха, при котором степень разрушения объектов переходит из слабой в среднюю.
Из графического представления наглядно видно, что административное многоэтажное здание, кабельные линии, водонапорная башня получат среднюю степень разрушения; трансформаторная подстанция, крановое и подъемное транспортное оборудование, наземные трубопроводы и средние станки получат слабое разрушение.
2. Рассчитываем значение скоростного напора:
3. Определяем устойчивость станка на смещение, (пример 1, п.3.1), опрокидывание (пример 3, п.3.2) и угон вагона (пример 2, п.3.1): предельное значение DРск, вызывающее смещение станка, по расчету равно 1,3 кПа, а ожидаемое – 0,75 кПа, следовательно, смещение станка не произойдет; предельное значение DРск, вызывающее опрокидывание станка, по расчету равно 2,07 кПа, следовательно, опрокидывание не произойдет. В то же время произойдет перемещение железнодорожного вагона (0,75>>0,048 кПа).
4. Определяем потери среди сотрудников, находящихся в здании: по табл. 5 при средней степени разрушения общие потери составят
0,3×100=30 чел. В том числе санитарные – 0,22×100=22 чел, безвозвратные – 0,08×100= 8 чел.
Таким образом, в результате проведенной оценки могут быть получены следующие данные:
▪ количество зданий, сооружений и оборудования, получивших определенные степени разрушения;
▪ качественное описание разрушений зданий, сооружений и оборудования;
▪ оценка устойчивости ИТК;
▪ потери населения в результате разрушения зданий.
Варианты исходных данных для комплексного прогнозирования последствий урагана приведены в таблице 7.
Варианты исходных данных для комплексного прогнозирования последствий урагана приведены в таблице 8.